Avaliação laboratorial do efeito da adição de cimento portland em termos de resistência a compressão simples (RCS) em solo da região de Santa Rosa -RS

(1)

UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO

GRANDE DO SUL – UNIJUI

MARINA ANGELA DE SOUZA CIPRANDI

AVALIAÇÃO LABORATORIAL DO EFEITO DA ADIÇÃO DE

CIMENTO PORTLAND EM TERMOS DE RESISTÊNCIA A

COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA

ROSA-RS

Santa Rosa 2016

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MARINA ANGELA DE SOUZA CIPRANDI

AVALIAÇÃO LABORATORIAL DO EFEITO DA ADIÇÃO DE

CIMENTO PORTLAND EM TERMOS DE RESISTÊNCIA A

COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA

ROSA-RS

Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil.

Orientador: Me. José Antônio Santana Echeverria

Santa Rosa 2016

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MARINA ANGELA DE SOUZA CIPRANDI

AVALIAÇÃO LABORATORIAL DO EFEITO DA ADIÇÃO DE

CIMENTO PORTLAND EM TERMOS DE RESISTÊNCIA A

COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA

ROSA-RS

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de BACHAREL EM ENGENHARIA CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.

Santa Rosa, 20 de julho de 2016

Prof. José Antônio Santana Echeverria Mestre em Engenharia Civil pela UFRGS - Orientador

Prof. . Eder Claro Pedrozo Coordenador do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA

Prof. André Luiz Böck Mestre em Engenharia Civil pela UFRGS

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Dedico este trabalho a todas as pessoas que de uma forma ou outra participaram da minha vida e sonharam este sonho comigo.

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AGRADECIMENTOS

A Deus em primeiro lugar, que sonhou este sonho comigo e me capacitou para que eu pudesse chegar até o final. Porque Ele é dono dos meus dias e da minha vida e sou grata por seu amor incondicional, por me amar com todas as minhas qualidades e defeitos e não desistir nunca, sem Ele, eu nada seria.

Agradeço imensamente ao meu marido Cristiano Ciprandi, pelo amor, incentivo, paciência e total companheirismo em todos os momentos. Vou lembrar sempre de uma frase dita por ti bem no início do curso, num daqueles dias em que vim desanimada e achando que tudo isso era muito maior do que meus limites pudessem resistir …” somente os persistentes chegarão até o fim e sei que você consegue”.

Ao meu filho Marcelo Henrique Ciprandi, minha inspiração, força de viver e maior motivação para ser cada dia melhor e poder servir de exemplo para sua vida no futuro. Que ele possa ver no meu exemplo que vale a pena lutar, mas sempre sendo honesto e sem esquecer de quem nos ajudou a chegar até o fim.

Agradeço a minha amada mãe Nelci Kerber, meu maior exemplo de superação, índole, caráter e amor ao próximo. Obrigada por cada incentivo e orientação, pelas orações em meu favor, sei que não foram poucas, pela preocupação para que eu estivesse sempre andando pelo caminho correto. Obrigada mãe, por cada vinda e ida de ônibus pra cuidar do Marcelo, em dias de frio, chuva, tudo para que eu pudesse fazer minhas provas com calma ou simplesmente me concentrar nos estudos, isso mãe eu nunca esquecerei.

As minhas irmãs Diana e Patrícia, minhas grandes amigas, mulheres que eu amo e admiro, sei que a torcida e orações nunca faltaram.

Agradeço também a uma menininha muito especial em minha vida, que me alegrou várias vezes com seu sorriso sincero e abraço carinhoso, Bianca de Souza Beuren.

Família são pessoas que escolhemos ter perto de nós, sonhando e lutando conosco do início ao fim, por isso não posso deixar de agradecer de coração a minha sogra Sirlei Teresinha Martini Ciprandi e sogro, Luiz Ciprandi Sobrinho, bem como minha cunhada Judilúbia e sobrinho Gustavo, obrigada pelas orações e por todo tipo de ajuda que recebi de todos vocês.

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A minha querida amiga Noemi do Nascimento, que cuidou com todo o carinho e dedicação do meu maior tesouro Marcelo, durante os últimos anos de faculdade, o que fez total diferença na minha vida e que agradeço de coração.

Agradeço também a minha querida professora Marcelle Engler Bridi, que com paciência e muito carinho me ajudou em minhas várias dúvidas e por ser uma excelente profissional, a qual me espelho.

Quero deixar registrado meu MUITO OBRIGADA ao laboratorista Angélico Casemiro, que me auxiliou sempre com muita paciência, atenção e me ajudou em cada nova dificuldade que aparecia ao longo deste último ano de muitas dúvidas.

Aos engenheiros Rodrigo Silva da Rosa e Felipe Scheuermann por sempre se mostrarem dispostos a ajudar, deixando que levassem o solo estudado até a UNIJUI ou nas vezes em que precisei tirar dúvidas com o laboratorista da empresa, etc.

Às minhas queridas amigas Marcieli Simon e Tassiane Tusset por toda ajuda, incentivo, companheirismo e risadas que muitas vezes me serviram de combustível pra continuar.

Agradeço também a todas as pessoas que fizeram parte deste projeto, colegas, funcionários da instituição UNIJUI, como por exemplo a guarda Rosane a quem recorri várias vezes para abrir as portas do laboratório em horários que o mesmo encontrava-se fechado, que com um “bom dia”, ou gestos simples como um sorriso, deram sua contribuição para que este sonho se tornasse realidade.

Deixo aqui registrado meu profundo e enorme agradecimento aos meus ajudantes na execução dos ensaios: Giovane Fenner Erbice e Mauricio Livinali, foram muitos dias destorroando e peneirando solo, “comendo terra” como brincávamos, levantando peso ou moldando corpos de prova, com certeza se cheguei até o final devo muito à vocês, muito obrigada pela ajuda e pela parceria, porque boa vontade é algo raro em dias de hoje, não me esquecerei.

E finalmente, agradeço àquele que me acolheu e me conduziu pelos caminhos da pesquisa com paciência e maestria: Professor José Antônio Santana Echeverria e que muito me orgulha tê-lo escolhido como meu orientador. Um ano e meio de muita reciprocidade e expectativas mais que superadas, posso dizer que tanto como professor como pessoa, tens minha admiração.

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“Deus nunca disse que a jornada seria fácil, mas Ele disse que a chegada valeria a pena”. Max Lucado

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RESUMO

CIPRANDI, M. Â. de S. Avaliação Laboratorial do Efeito da Adição de Cimento Portland em Termos de Resistência a Compressão Simples (RCS) em Solo da Região de Santa Rosa-RS. Trabalho de Conclusão de Curso. Departamento de Ciências Exatas e Engenharias, DCEEng. Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Santa Rosa, 2016.

Grande parte do transporte de carga realizado no Brasil utiliza o modal rodoviário, o que sobrecarrega as rodovias existentes que se encontram em parte deficientes, sendo necessária a busca por novas tecnologias, visando maior resistência e durabilidade do pavimento, bem como, conforto aos usuários. Sendo assim, métodos como a estabilização de solos com aditivos, como o cimento Portland, necessitam de investigação e estudos, pois, além de utilizar o solo já existente no local, diminuindo custos com transporte de materiais, também tem grande importância sob o ponto de vista ambiental. Levantamentos feitos pela Confederação Nacional do Transporte – CNT têm considerado a grande maioria dos pavimentos do Brasil de baixo conforto ao rolamento, incluindo muitos trechos concessionados da malha federal. Levando em conta aspectos econômicos, velocidade de execução e maior durabilidade, técnicas para estabilização de solos que possam servir de possíveis camadas de pavimento devem ser aprimoradas, diminuindo os custos de execução e evitando, desta maneira, gastos exorbitantes com manutenção e retrabalhos de pistas. O objetivo principal do presente trabalho é analisar o comportamento de um solo (basalto decomposto) oriundo da região de Santa Rosa, após adição de cimento, verificando a provável melhoria em termos de resistência, para sua possível utilização como camadas do pavimento. A metodologia envolveu pesquisa experimental, bibliográfica e descritiva relacionada à temática do efeito da adição de cimento e análises laboratoriais de amostras de solo previamente escolhidas por uma grande empresa da cidade de Santa Rosa. Os resultados indicam que a adição de cimento nos solos, em baixos teores, pode ser uma alternativa de melhoria para a baixa resistência do material de construção. Desta forma é possível reduzir impactos gerados pela necessidade de um local para deposição de material avaliado como impróprio. Após os diversos ensaios, concluiu-se que o solo em questão poderá ser estabilizado com adição de no mínimo 7% de cimento Portland, pois verificou-se em duas combinações de mistura (solo+ teor de umidade + teor de cimento) resultados positivos, ou seja, acima do valor mínimo exigidos por norma (2,1Mpa aos 7 dias). Sendo que na primeira combinação foi utilizado a umidade ótima do solo (18,78%), mais 7% de cimento, chegando a um valor de RCS de:2,24Mpa e o resultado mais significativo deste estudo, que foi de: 2,74Mpa, obteve-se da adição de 15,78% de umidade e novamente 7% de cimento Portland. Outros estudos analisados também demonstram uma relação de aumento na resistência do solo com o acréscimo de teor de cimento. A análise econômica simplificada mostrou que bases ou sub-bases executadas com mistura solo-cimento se mostraram 24,19% mais baratas do que a execução das mesmas camadas em material comumente utilizado, como o caso da Brita Graduada Simples- BGS.

Palavras-chave: estabilização, solo, solo-cimento, solo melhorado com cimento, pavimento, RCS.

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ABSTRACT

CIPRANDI , M. Â . S. Laboratory Evaluation of Portland Cement Addition effect in terms of resistance to simple compression (RCS) in Solo from Santa Rosa Region-RS. Completion of course work. Department of Exact Sciences and Engineering, DCEEng. Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Santa Rosa, 2016.

Much of the cargo transportation operated in Brazil use road transport, which overloads the existing roads that are in poor part, requiring the search for new technologies to greater strength and durability of the pavement, as well as comfort to users. Thus, methods such as soil stabilization with additives, such as Portland cement, require research and studies, because in addition to using the existing soil on site, reducing transportation costs of materials, also has great importance from the point of environmental view. Surveys conducted by the National Transport Confederation - CNT have considered the vast majority of low comfort Brazil's floor rolling, including many concessioned stretches of the federal network. Taking into account economic, execution speed and durability, techniques for soil stabilization that could serve as possible pavement layers should be improved, decreasing implementation costs and avoiding in this way exorbitant maintenance expenses and rework tracks. The main objective of this study is to analyze the behavior of a soil (decomposed basalt) arising from Santa Rosa region after the addition of cement, checking the likely improvement in resistance to its possible use as pavement layers. The experimental methodology involved bibliographic and descriptive research related to the topic of the effect of the addition of cement and laboratory analysis of soil samples previously chosen by a large company in the city of Santa Rosa. The results indicate that the addition of cement in soil at low levels, may be an improved alternative to the low resistance of the construction material. Thus it is possible to reduce impacts generated by the need for a place for deposition evaluated as unsuitable material. After various tests it was concluded that the soil in question may be stabilized by addition of at least 7% Portland cement because it was found in two mixing combinations (soil + moisture + content cement content) positive, or is above the minimum required by the standard (2.1MPa to 7 days). Since the first combination used was optimal soil moisture (18.78%) plus 7% of cement, reaching an RCS value of 2.24MPa and most significant result of this study: 2,74Mpa, was obtained by the addition of 15.78% moisture and again 7% of Portland cement. Other studies analyzed also demonstrate an increase in soil resistance compared to the cement content increase. The simplified economic analysis showed that bases or sub-bases performed with soil-cement mixture showed 24.19% cheaper than running the same layers commonly used material, as the case of Brita Graded Single- BGS.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Camadas do Pavimento ... 21

Figura 2: Fatores que influenciam a evolução do solo ... 24

Figura 3: Perfil genético do solo ... 25

Figura 4: Distribuição dos horizontes do solo ... 26

Figura 5: Estrutura dos solos ... 27

Figura 6: Processo de fabricação do cimento Portland... 35

Figura 7: Ganhos de resistência dos compostos do cimento durante a hidratação ... 37

Figura 8: delineamento da pesquisa ... 42

Figura 9: delineamento da pesquisa ... 43

Figura 10: Tipo de cimento utilizado nas adições ... 45

Figura 11: Amostra de solo ... 46

Figura 12: Peneiramento por substituição ... 46

Figura 13: Amostra após substituição ... 46

Figura 14: Etapas de execução ensaio de Limite de Liquidez ... 49

Figura 15: Gráfico Limite de Liquidez (LL) ... 49

Figura 16: Etapas de execução ensaio de Limite de Plasticidade (LP) ... 50

Figura 17: Gráfico de Plasticidade ... 51

Figura 18: Ensaio de compactação - Proctor ... 52

Figura 19: Equipamentos necessários para execução do ensaio CBR... 53

Figura 20: Prensa para ensaio CBR ... 54

Figura 21: Corpo de prova imerso em água ... 55

Figura 22: Etapas processo de ensaio de resistência à compressão simples (RCS) ... 62

Figura 23: Etapas processo de ensaio de resistência à compressão simples ... 63

Figura 24: Etapas processo de ensaio de resistência à compressão simples ... 63

Figura 25: Rompimento corpos de prova ensaio de RCS ... 64

Figura 26: Curva granulométrica ... 66

Figura 27: Gráfico Limite de Liquidez ... 67

Figura 28: Curva de compactação ... 68

Figura 29: Gráfico ensaio CBR – Pressão Penetração ... 69

Figura 30: Resultado da variação de RCS versus diferentes teores de umidade ... 74

Figura 31: Resultados de RCS para a combinação 01 ... 75

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Tipos de cimentos fabricados no Brasil ... 29

Tabela 2: Malhas Peneiras ASTM ... 48

Tabela 3: Limites de ISC ... 54

Tabela 4: Características de compactação ... 60

Tabela 5: Composição granulométrica ... 66

Tabela 6: Limites de consistência do solo ... 67

Tabela 7: Resultado ensaio CBR ou ISC do Solo sem cimento ... 69

Tabela 8: Características do solo Fonte: DNIT- ES143 (2006)... 70

Tabela 9: Características do solo basalto decomposto ... 71

Tabela 10: Resultado das umidades de moldagem e após romper corpos de prova ... 73

Tabela 11: Orçamento para camada solo-cimento ... 78

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LISTA DE QUADROS

Quadro 1: Algumas aplicações para indicados tipos de cimento ... 30

Quadro 2: Propriedades dos compostos do cimento Portland ... 37

Quadro 3: Teor de cimento sugerido pela ABNT para do solo-cimento ... 39

Quadro 4: Classificação dos solos método TRB ... 56

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AASHTO (American Association of State Highways and Transportation Officials) ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland)

ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) ASTM (American Society for Testing and Materials) BC (Cimento de Baixo Calor de Hidratação)

BGS (Brita Graduada Simples) CBR (Califórnia Bearing Ratio)

COBRAMSEG (Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica) CP (Corpo de Prova)

CP (Cimento Portland)

CP I (Cimento Portland Comum)

CP I – S (Cimento Portland comum com adição) CP II-E (Cimento Portland Composto com Escória) CP II – Z (Cimento Portland composto com Pozolana) CP II-F (Cimento Portland Composto com Fíler) CP III (Cimento Portland de Alto-Forno)

CP IV (Cimento Portland Pozolânico)

CP V - ARI (Cimento Portland de Alta Resistência Inicial) CPB (Cimento Branco)

C3S (Silicato Tricálcico ou alita) C2S (Silicato Dicálcico ou belita) C3A (Aluminato Tricálcico)

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C4AF (Ferroaluminato Tetracálcio ou ferrita)

DAER/RS (Departamento Autônomo de Estradas de Rodagem do Rio Grande do Sul) DNER (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem)

DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes) ES (Especificação de Serviço)

HRB (Highway Research Board) IP (Índice de Plasticidade) IS (Instrução de Serviço)

ISC (Índice de Suporte Califórnia) LEC (Laboratório de Engenharia Civil) LL (Limite de liquidez) LP (Limite de plasticidade) NBR (Norma Brasileira) NL (Não Líquido) NP (Não Plástico) NR (Norma Reguladora)

MCT (Miniatura Compactação Tropical) MCV (Moisture Condition Value) ME (Método de Ensaio)

MR (Módulo de Resiliência)

PCA (Portland Cement Association) pH (Potencial Hidrogeniônico) PRO (Procedimento)

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RCS (Resistência à Compressão Simples) SC (Solo Cimento)

SMC (Solo Melhorado com Cimento) SUC (Sistema Unificado de Classificação) TRB (Transportation Research Board)

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 18

1.1 PROBLEMA ... 18

1.2 QUESTÃO DE PESQUISA E ESTUDO ... 19

1.3 OBJETIVOS ... 19 1.3.1 Objetivo geral ... 19 1.3.2 Objetivos específicos ... 19 1.4 DELIMITAÇÃO DO TEMA ... 19 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 21 2.1 PAVIMENTO ... 21 2.2 SOLO ... 23

2.2.1 Propriedades e Índices físicos do Solo ... 27

2.3 CIMENTO PORTLAND ... 28

2.4 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS ... 30

2.4.1 Tipos de Estabilização de Solos ... 32

2.4.2 Solo Melhorado com Cimento (SMC) ... 32

2.4.3 Solo-cimento (SC) ... 33

2.4.4 Reações Químicas que ocorrem na mistura Solo-Cimento ... 34

2.4.5 Dosagem do Solo-Cimento ... 38

2.4.5.1 Dosagem Solo-cimento – Método ABNT ... 38

2.4.5.2 Dosagem Solo-Cimento - Método DNIT ... 39

3 MATERIAIS E METODOLOGIA UTILIZADOS NA PESQUISA ... 41

3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 41

3.2 DELINEAMENTO ... 42

3.2.1 Descrição das atividades ... 43

3.3 MATERIAIS UTILIZADOS ... 44

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3.3.2 Cimento Portland ... 44

3.3.3 Água ... 45

3.4 ETAPAS DE EXECUÇÃO DAS ATIVIDADES ... 45

3.4.1 Preparação da amostra ... 45

3.4.2 Ensaios para a definição da caracterização e classificação física do material...47

3.4.2.1 Análise granulométrica - Método de Ensaio DNER-ME 080/94 ... 47

3.4.2.2 Limite de Liquidez conforme método NBR 6459/84 ... 48

3.4.2.3 Limite de Plasticidade conforme método NBR 7180/84 ... 50

3.4.2.4 Cálculo do Índice de Plasticidade ... 50

3.4.2.5 Ensaio de Compactação conforme Norma DNIT 164/2013- ME ... 51

3.4.2.6 Ensaio de CBR ou Índice de Suporte Califórnia (ISC) conforme método NBR 9985/1987 ... 53

3.4.2.7 Cálculo da Expansão ... 54

3.4.2.8 Classificação Transportation Research Board – TRB, antigo (Highway Research Board -HRB) ... 55

3.4.3 Definição dos teores de cimento Portland e umidade adicionados ao solo...57

3.4.4 Ensaio de Resistência a Compressão Simples ... 57

3.4.4.1 Métodos de moldagem e cura de corpos de prova ... 58

3.4.4.2 Escolha do Método de moldagem dos corpos de prova ... 61

3.4.4.3 Cura dos corpos de prova ... 63

3.4.4.4 Rompimento dos corpos de prova após 7 dias completos ... 64

3.4.4.5 Cálculo dos Resultados ... 64

4 RESULTADOS ... 65

4.1 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO ... 65

4.1.1 Granulometria ... 65

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4.1.3 Ensaio de Compactação conforme Norma DNIT 164/2013– ME ... 68

4.1.4 Ensaio CBR ou Índice Suporte Califórnia (ISC) ... 69

4.1.5 Classificação Transportation Research Board – TRB, antigo (Highway Research Board -HRB). ... 70

4.2 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSSÃO SIMPLES ... 72

5 CONCLUSÃO ... 80

(20)

(21)

__________________________________________________________________________________________

1 INTRODUÇÃO

Tendo em vista que no Brasil os modais aquaviários e ferroviários não tem seu potencial de transporte amplamente aproveitados e utilizados, o modal rodoviário está cada vez mais sobrecarregado, com sérias carências de infraestrutura e baixa qualidade nas condições do pavimento (PADULA, 2008). Sendo assim, a procura de novas tecnologias, que objetivam soluções ambientalmente corretas, executadas com menor custo e maior velocidade se fazem cada vez mais necessárias (PADULA, 2008).

O pavimento é definido como uma estrutura de várias camadas, construída sobre a camada final de terraplenagem que é a regularização de solo, e destinado a resistir aos esforços oriundos do tráfego dos mais variados veículos e a melhorar as condições de rolamento de seus usuários, propiciando ganhos técnicos e econômicos (BERNUCCI et al. 2008). Representando o maior custo na infraestrutura de transporte de uma rede rodoviária ou urbana, a pavimentação necessita de gerenciamento, manutenção e conservação adequados objetivando a diminuição dos custos levados em conta no transporte (VILLELA, 2012).

Utilizam-se nas camadas estruturais de um pavimento, materiais constituídos por solos, agregados e, eventualmente, aditivos como cal, cimento, emulsão asfáltica, entre outros, os quais podem ser classificados como granulares e solos estabilizados quimicamente ou cimentados ou ainda materiais asfálticos, de acordo com seu comportamento frente aos esforços (BERNUCCI et al. 2008).

Dessa forma, busca-se através do embasamento teórico e pesquisas com a análise em termos laboratoriais, o comportamento da mistura solo-cimento para possíveis camadas de pavimento, e mais especificamente a avaliação dos efeitos da adição quanto a Resistência a Compressão Simples (RCS).

1.1 PROBLEMA

Esse trabalho busca avaliar os efeitos da adição de cimento Portland em termos de Resistência a Compressão Simples em um solo tipo basalto decomposto da região de Santa Rosa - RS.

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__________________________________________________________________________________________ AVALIAÇÃO LABORATORIAL DO EFEITO DA ADIÇÃO DE CIMENTO PORTLAND EM TERMOS DE

RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA 1.2 QUESTÃO DE PESQUISA E ESTUDO

A partir do problema temos a seguinte questão de pesquisa:

Quais os efeitos na resistência mecânica deste solo da região de Santa Rosa com adição de cimento Portland?

1.3 OBJETIVOS

A partir da questão de pesquisa exposta neste trabalho, foram formulados o objetivo geral e os objetivos específicos como seguem.

1.3.1 Objetivo geral

O objetivo principal deste trabalho é analisar o comportamento de um solo da região de Santa Rosa, após adição de cimento, verificando sua estabilidade, capacidade de suporte de carga e esforços cisalhantes, bem como sua possível utilização em camadas do pavimento ou melhoria e reforço de subleito.

1.3.2 Objetivos específicos

Os objetivos específicos apresentam de forma mais detalhada o que este trabalho pretende alcançar:

 Caracterizar geotecnicamente um solo do tipo basalto decomposto da região de Santa Rosa;

 Avaliar os parâmetros de Resistência a Compressão Simples (RCS).  Identificar especificações e normas para uso de solo-cimento;

 Identificar os fatores que influenciam o comportamento do solo-cimento;  Verificar a viabilidade econômica da estabilização deste solo.

 Aprofundar o conhecimento sobre o método de estabilização de solos com adição de cimento;

1.4 DELIMITAÇÃO DO TEMA

A fim de se conhecer os parâmetros de compactação, resistência à compressão simples, bem como características de um solo de basalto decomposto da região de Santa Rosa, foram realizados ensaios laboratoriais para classificação, compactação e moldagem

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__________________________________________________________________________________________ de corpos de prova para a verificação da Resistência à Compressão Simples, variando umidade (15,78%, 18,78%(wót) e 21,78%) e teores de cimento Portland (5%, 6% e 7%), todas as combinações com tempo de cura de 7 dias completos.

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RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 PAVIMENTO

Pavimento pode ser definido como uma estrutura de várias camadas, como demonstrado na Figura 1, construída sobre a camada final de terraplenagem que é a regularização de solo, e destinado a resistir aos esforços oriundos do tráfego dos mais variados veículos e a melhorar as condições de rolamento de seus usuários, propiciando ganhos técnicos e econômicos (BERNUCCI et al. 2008).

Figura 1: Camadas do Pavimento

Fonte: BERNUCCI et al. (2008)

Definido segundo o Manual do DNIT- Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (2006), como sendo o pavimento composto por várias camadas de espessuras diversas, assentadas sobre um semi-espaço (infraestrutura ou terreno de fundação) a qual é designada de subleito.

Os pavimentos são classificados de uma forma geral, em flexível, semirrígido e rígido, sendo o pavimento flexível definido como um conjunto de camadas que sofre deformações elásticas significativas quando solicitado pelo tráfego, e transmite as cargas de forma equivalente entre as camadas constituintes do pavimento (DNIT, 2006).

Segundo Senço (2008) os pavimentos flexíveis são constituídos pelas seguintes camadas:

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__________________________________________________________________________________________  Subleito: é o terreno de fundação do pavimento. As sondagens para amostras de

material destinadas ao subleito de um pavimento vão até três metros abaixo da superfície e considera-se camada de fundação efetiva a um ou um metro e meio. Para fins de dimensionamento, a resistência do subleito é obtida através do ensaio CBR, feito em laboratório e com resultado dado em porcentagem, onde se mede a resistência a penetração de um pistão numa amostra de solo do subleito e se relaciona esta resistência com a resistência de um material padrão com CBR=100%.

 Regularização: também chamada de preparo do subleito, é uma camada de espessura irregular, construída sobre o subleito e indicada a conformação transversal e longitudinal do projeto.

 Reforço do subleito: ou também conhecida como complemento da sub-base, é uma camada de espessura constante e construída se necessário acima da camada de regularização, com características técnicas maiores que as da regularização e menores que a da camada imediatamente superior, ou seja, a sub-base. Esta camada também resiste e distribui os esforços verticais, mas não os absorve definitivamente, pois é função do subleito.

 Sub-base: camada complementar à base e é executada quando as circunstâncias técnicas e econômicas mostrarem que é melhor construir a base diretamente sobre a regularização ou subleito. O material desta camada deverá ter características técnicas superiores que os da camada de reforço e os da base melhor que a camada da sub-base.  Base: camada destinada a resistir aos esforços verticais vindos do tráfego dos veículos

e deverá distribuí-los. A base poderá ou não ser complementada pela sub-base e pelo reforço do subleito.

 Revestimento: também chamado de capa de rolamento ou capa, é uma camada o mais impermeável possível, que recebe diretamente a ação do tráfego e tem como função melhorar a superfície de rolamento para a segurança e conforto ao o usuário, além de resistir ao desgaste, aumentando a durabilidade da estrutura. Subleitos de boa qualidade exigem pavimentos menos espessos e podem dispensar a execução das camadas de reforço ou sub-base e sua espessura é adotada levando em conta critérios próprios ou em função do tráfego previsto, sendo a camada mais nobre do pavimento.

Uma camada de reforço do subleito poderá ser dimensionada caso este não atingir o ISC (índice de Suporte Califórnia) mínimo recomendado pelas normas de projeto, ou, quando as outras camadas forem reduzidas na sua espessura, para gerar economia (COUTO, 2009).

(26)

RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA 2.2 SOLO

Solos são materiais resultantes do intemperismo ou meteorização das rochas, seja por deterioração mecânica através de agentes como a água, temperatura, vegetação ou vento, que formam pedregulhos e areias (solos de partículas grossas), siltes (partículas intermediárias) e argilas (partículas finas), ou por decomposição química, quando há modificação química ou mineralógica das rochas de origem (CAPUTO, 1980).

Segundo Pinto (2006 apud CANCIAN, 2013, p.28):

Os solos são muito diferentes entre si e respondem diferentemente quando sujeitos as solicitações iguais. Sendo assim, todas as experiências acumuladas pelos construtores ao longo dos anos são de grande importância na geotecnia, pelo fato de incorporarem um grande número de informações sobre solos existentes.

Vargas (1977) ressalta que a palavra solo em Mecânica dos Solos não tem um significado imediato, mas que em Português o termo solo significa tão somente a superfície do chão, significado herdado do latim “solum”, mas que para fins específicos da Engenharia adquire o significado de material de construção ou de mineração e que podem ser utilizados nas próprias obras como materiais de empréstimos para as construções civis.

Balbo (2007) evidencia a importância do estudo dos solos para pavimentação, através das análises dos materiais e de projeto, pois não existe pavimento sem fundação, ou seja, sem subleito, bem como o emprego em outras camadas como base, sub-base e reforços de pavimentos. Por outro lado justifica-se um maior aprofundamento no estudo de solos para fins rodoviários no Brasil, bem como o conhecimento da Mecânica dos Solos tradicional e outras peculiaridades como sua formação e comportamento em clima tropical úmido, visto que muitas vezes as classificações tradicionais para emprego de solos para pavimentação tem diversos conceitos nas diferentes áreas e ciências, definidos como (BALBO, 2007):

 Pedologia: solo é o material natural, constituído por minerais e matéria orgânica, geralmente não consolidados, diferenciado por horizontes, distinguindo-se do material genético subjacente em morfologia, constituição, propriedades físicas e características biológicas.

 Geologia: a superfície de terra é composta por rochas; o material não consolidado (sedimentos) é denominado regolito. Por ação do intemperismo, a parte superficial dos

(27)

__________________________________________________________________________________________ sedimentos modifica-se e fica exposta a atividades biológicas; esta camada modificada é chamada de solo, jazendo sobre a camada inferior de sedimentos não modificados.  Engenharia Civil: solo é qualquer depósito solto ou fofo, resultante da ação do

intemperismo ou da degradação de rochas, ou ainda, da decomposição de vegetais. Incluem-se assim, na categoria de solos, diversos materiais não consolidados, como sedimentos (pedregulhos, areias, siltes ou argilas), turfas, depósitos calcários como as areias de conchas e corais (como Fernando de Noronha), ou depósitos piroclásticos resultantes de erupções e lavas (cinzas vulcânicas), bem como os solos residuais jovens ou maduros.

Oliveira e Brito (1998), ressaltam que as origens dos solos e sua evolução sofrem a influência de 5 fatores:

 Clima: condicionados pela ação da água, chuva e temperatura;

 Materiais de origem: pela circulação interna da água, composição e conteúdo mineral;

 Organismos, vegetais e animais: que interferem no microclima, formando elementos orgânicos e minerais e com isso modificam as características físicas e químicas;  Relevo: interfere na dinâmica das águas, no microclima e nos processos de erosão e

sedimentação;

 Tempo: transcorrido sob ação dos demais fatores. Tais fatores, podem ser analisados na Figura 2.

Figura 2: Fatores que influenciam a evolução do solo

(28)

RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA Oliveira e Brito (1998) definem a formação do solo de uma forma simplificada, podendo-se dizer que o desenvolvimento do solo inicia-se com o intemperismo, através de fenômenos físicos e químicos e que, agindo sobre a rocha conduzem à formação de resíduos não-consolidados, mais conhecidos como rególitos saprolíticos que constituem o substrato pedogenético, material originário do solo, onde este material proveniente da desagregação da rocha, poderá permanecer no local em que se desenvolveu ou ser transportado, passando a constituir um novo substrato pedogenético.

Senço (1997) afirma que o perfil genético do solo, se dá pela ação dos agentes naturais de intemperismo de ordem física, química e físico-química ou biológica, pode ser local ou transportada a outros locais, e são classificados em três categorias de substrato:

 Solos de Alteração ou Residuais: formados no local, diretamente pela desagregação da rocha abaixo do perfil do solo, “in situ”;

 Solos Transportado: depósito de partículas que sofreram erosão e foram transportados para outros locais, este dependendo do agente responsável pelo transporte dos materiais resultantes do intemperismo;

 Solos Superficiais: produto da ação dos agentes naturais sobre os solos residuais e transportados, ou seja, é o capeamento dos dois solos anteriores.

Senço (1997) resume o perfil genérico do solo em: solos superficiais + solos residuais = manto de intemperismo ou rególito, seguindo a rocha inalterada subjacente e finalmente os solos orgânicos por deposição de restos vegetais e animais, conforme mostra Figura 3.

Figura 3: Perfil genético do solo

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__________________________________________________________________________________________ Caputo (1988) salienta que as camadas constituintes em um perfil de solo são denominadas horizontes, nomeados pelas letras O (camada orgânica superficial), A (camada superficial), B ou E ( subsolo) e C (camada profunda), que se diferenciam pela cor e composição química e estes ainda subdivididos em grupos A1, A2 e B12, B2 e ainda sob o aspecto pedológico os solos são classificados em: zonais ou climatogênicos, intrazonais e azonais, sendo que como exemplo dos zonais ou climatogênicos, o grupo laterítico, característico por clima quente e úmido e de grande ocorrência no Brasil, apresenta como principais propriedades: baixa plasticidade, pouca expansabilidade e pouca fertilidade. A Figura 4 demonstra a distribuição dos horizontes.

Figura 4: Distribuição dos horizontes do solo

Fonte: ARAGUAIA (2016)

Segundo Braja (2011) intemperismo é o processo de desgaste das rochas através de processos mecânicos e químicos. O intemperismo mecânico se faz por meio da expansão e contração das rochas em função dos constantes ganhos e perdas de calor, gerando a desintegração ou através da água que penetra nos poros e rachaduras da rocha, ou também com a queda da temperatura a água congela e expande, exercendo grande força de expansão que pode até mesmo quebrar rochas maiores, sem alterar sua composição química, além de outros agentes físicos que aceleram a desintegração das rochas, tais como: as geleiras glaciais, o vento, a água corrente de riachos ou rios ou ondas do mar (BRAJA, 2011).

O intemperismo químico tem como condição fundamental a presença da água e temperatura, que favorecem as reações, transformando os minerais primários da rocha mãe em minerais secundários, que constituem um complexo de alteração, sendo a hidrólise, sem dúvida,

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RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA o mais importante, visto que nas regiões de clima tropical e subtropical, como é o caso do Brasil (OLIVEIRA; BRITO, 1998).

2.2.1 Propriedades e Índices físicos do Solo

Conforme Caputo (1978) é de suma importância para qualquer projeto que envolva geotecnia o conhecimento pleno das propriedades do solo, pois elas indicam um provável comportamento do mesmo quando este for solicitado, sabendo que o solo é composto por elementos tais como: os sólidos, a água e o ar.

A Figura 5 representa a estrutura dos solos onde: (a) demonstra uma estrutura granular de solo fofa e seus elementos distribuídos, enquanto (b) demonstra uma estrutura de solo compactada (BRAJA, 2011).

Figura 5: Estrutura dos solos

Fonte: BRAJA (2011. p.77)

De acordo com Vargas (1977), o conhecimento total das propriedades físicas, ou “propriedades índices” do solo é difícil, caro e demorado, fazendo com que na maioria das vezes procura-se inferir essas propriedades a partir de outras mais simples, gerais e facilmente determináveis tais como: granulometria ou textura, plasticidade através da fração fina do solo definidos como:

a) Granulometria, textura, tamanho ou forma dos grãos: os solos estão reunidos de modo a se tocarem e deixando vazios entre si, também chamados de poros do solo, onde estes são preenchidos pela água ou pelo ar. Portanto constituem o solo três fases: sólida, líquida e gasosa. A fase sólida do solo formada pelo tamanho dos grãos é chamada de

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__________________________________________________________________________________________ textura e sua medida de granulometria, bem como a distribuição dos grãos em relação a água em seu intervalo a ao ar de fase gasosa.

b) Plasticidade ou Limites de Atterberg: a plasticidade tem sua definição como sendo a propriedade de certos sólidos serem moldados sem variar seu volume. Solos arenosos são facilmente identificáveis por meio de curvas granulométricas, onde areias e pedregulhos com iguais curvas granulométricas em prática comportam-se semelhantemente, o que não ocorre em solos finos, com maioria dos grãos com diâmetro inferior a 0,1 mm, ou seja, somente pela curva granulométrica não se pode prever o comportamento deste solo, podendo encontrar siltes, argilas e solos argilosos de mesma curva granulométrica com comportamentos diferentes. Este fato se deve porque em solos finos, intervém além do tamanho a forma dos grãos, que em geral são lamelar, escamosa ou outra e já em pedregulhos e areias os grãos são arredondados e angulares, geralmente esféricas.

Segundo Caputo (1988), o conhecimento de outros dois elementos além das propriedades das partículas sólidas são essenciais, são eles a água e o ar, sendo que a água pode se apresentar no solo nos seguintes estados:

 Água de constituição: aquela que faz parte da estrutura molecular da partícula sólida, que se envolve e se liga fortemente às partículas sólidas;

 Água livre: aquela que preenche os vazios do solo;

 Água higroscópica: a que se encontra presente em um solo seco ao ar;

 Água capilar: aquela que sobe por capilaridade, ou seja, sobem através de interstícios capilares deixados pelas partículas sólidas, além da superfície livre da água.

Todas podendo ser totalmente evaporadas pelo efeito do calor a uma temperatura maior que 100°C. As demais fases que preenchem os vazios são chamadas de fase gasosa é formada por ar, vapor d’água e carbono combinado (CAPUTO, 1988).

2.3 CIMENTO PORTLAND

Segundo Associação Brasileira de Cimento Portland - ABCP (2010) cimento Portland é a denominação técnica utilizada mundialmente para o produto conhecido como cimento, que o diferencia de outros tipos como o cimento de aluminato de cálcio, o cimento polímero, o cimento para uso odontológico, o cimento betuminoso, etc.

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RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA O cimento Portland foi criado por um construtor inglês, Joseph Aspdin, que o patenteou em 1824. Nessa época, era comum na Inglaterra construir com pedra de Portland, uma ilha situada no sul desse país. Como o resultado da invenção de Aspdin se assemelhava na cor e na dureza a essa pedra de Portland, ele registrou esse nome em sua patente. É por isso que o cimento é chamado cimento Portland (ABCP, 2002, p.05).

Atualmente no Brasil existem vários tipos de cimento Portland que servem para uso geral, sendo de fundamental importância conhecer bem suas características e propriedades para aproveita-las da melhor forma possível (ABCP, 2002).

Os vários tipos de cimento Portland são designados por sigla, classe e resistência, CP sendo o prefixo de cimento Portland acrescido dos algarismos romanos I a V, conforme o tipo do cimento corresponde à sigla, podendo ser adicionada uma letra S, E, Z, F e ARI conforme adição especial (CANCIAN, 2013).

Tabela 1: Tipos de cimentos fabricados no Brasil

Fonte: OLIVEIRA (2011)

A Tabela 1 ilustrada anteriormente, mostra os tipos de cimento bem como sua nomenclatura.

Conforme ABCP (2002) os tipos de cimentos para uso em solo-cimento são os CP I, CP I-S, CP II-E, CP II-Z, CP II-F, CP III e CP IV, tem a possibilidade de se ajustar, por dosagem apropriada, com base em análises das características e propriedades de cada tipo de cimento para melhor desempenho.

ABCP (2002) também cita que para cada tipo de cimento, características importantes, como resistência, tempo de endurecimento e reatividade, são alteradas e/ou incrementadas para

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__________________________________________________________________________________________ melhor atender a designação ao qual é empregado e o Quadro 1 indica algumas aplicações correlacionando os tipos de cimento mais adequados para cada caso.

Quadro 1: Algumas aplicações para indicados tipos de cimento

Fonte ABCP (2002)

Desta forma, neste trabalho foi utilizado o cimento CP II-Z-32, nas adições das moldagens dos corpos de prova a fim de verificar a estabilização do solo.

2.4 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS

Segundo Medina (1987), o solo é o material de construção civil de maior quantidade encontrado na natureza, do ponto de vista da terraplanagem e pavimentação, fazendo parte do subleito, sub-base e por vezes até da base e do revestimento primário. Logo, quando as características do solo natural não apresentam adequadamente os requisitos exigidos, é necessária a adoção de atitudes ou escolhas que substituem este solo de má qualidade, utilizando técnicas que melhorem suas propriedades mecânicas de acordo com o esperado em projeto, utilizando para este fim, estabilizações mecânica, granulométrica, física ou química (MEDINA, 1987).

Aspectos como o aumento dos preços dos materiais de construção, diminuição da disponibilidade de materiais naturais bem como a crescente exigência e o balizamento impostos na execução de pavimentos rodoviários, exige dos engenheiros, novos estudos e pesquisas visando bom desempenho versus melhor custo (SPECHT, 2000).

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RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA Sabe-se que a estabilização de solos é uma técnica construtiva bastante utilizada em pavimentação pois viabiliza a utilização de solos locais, melhorando suas propriedades, principalmente capacidade de suporte. Para o alcance de bons resultados, a constituição química e mineralógica do solo, bem como granulometria e rugosidade das partículas devem ser observadas (OLIVEIRA, 2010).

Mesmo que, teoricamente qualquer tipo de solo possa ser estabilizado com cimento, o adequado é que este solo seja tratado com uma quantidade de cimento que o torne competitivo economicamente em comparação com outros tipos de estabilizantes e visto por este aspecto, os solos granulares têm se mostrado bastante eficientes em relação aos argilosos, pois atinge resistências maiores utilizando percentagens menores de cimento (BASSO et al., 2003).

Para França (2003), a estabilização de um solo consiste na modificação, ou seja, no melhoramento de suas condições para que resistam às variações climáticas, aos desgastes e esforços oriundos do tráfego, levando em conta adversidades consideradas em projeto.

São Paulo foi um dos estados pioneiros no Brasil a lançar-se em pesquisas sobre solo estabilizado com cimento, com pesquisas feitas através de sua Assitência de Pesquisa- SP e do Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo, juntamente com o laboratório regional de Bauru onde se verifiou grande facilidade neste tipo de estabilização com o uso de teores de cimento relativamente baixos (SENÇO, 2001).

Experiências satisfatórias como o acesso ao aeroporto de Bauru com 500 metros que utlilizou 11% de cimento em volume e o acesso ao aeroporto de Presidente Prudente , com extensão de 14km e teor de cimento utilizado entre 12% a 14%, tornaram a opção de bases e sub-bases de solo-cimento a mais construída no Estado de São Paulo, com mais de 50% da extensão de sua rede pavimentada e com teor de cimento médio usado de 8% (SENÇO, 2001). Cruz (2004) afirma que existe uma busca cada vez maior por estruturas construídas sobre fundações com solos estáveis, mas que em frequentemente encontrando solos naturais sem as condições necessárias que assegurem a função a que estão destinados, a solução deste problema se transforma em uma decisão importante ao engenheiro civil, tendo este que saber escolher a melhor alternativa, tais como:

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__________________________________________________________________________________________  Modificar o projeto adaptando-o ao solo existente, optando por fundações indiretas ou

aumentando as dimensões da fundação, compensando a baixa capacidade do solo;  Optar por outro local onde o solo tenha as características desejadas;

 Substituir o solo do local por outro de melhor qualidade;

 Modificar as características do solo existente no local, melhorando seu comportamento para que este responda de forma satisfatória às solicitações previstas, designado por estabilização ou melhoramento de solos.

2.4.1 Tipos de Estabilização de Solos

Para Cruz (2004), a estabilização de solos pode ser dividida em três grupos, de acordo com os meios que serão utilizados, sendo eles:

a) Estabilização mecânica: onde se procuram melhorar as características dos solos através da arrumação das suas partículas sólidas e/ou recorrendo a correções da sua composição granulométrica;

b) Estabilização física: onde as propriedades dos solos são modificadas através do uso do calor e da eletricidade;

c) Estabilização química: onde as características dos solos são modificadas através de aditivos.

Este trabalho explanará a estabilização química de um solo tipo basalto decomposto da região de Santa Rosa/RS através da adição de cimento Portland, pois o aumento da utilização da técnica solo-cimento justifica o conhecimento deste método e o aprofundar de informações sobre este tipo de melhoramento das propriedades do solo que embasará todo este estudo. 2.4.2 Solo Melhorado com Cimento (SMC)

O solo melhorado com cimento é um material (Norma DNIT 142∕2010 – ES, p.02): [...] proveniente de mistura de solo, cimento e água em proporções previamente determinadas por processo próprio de dosagem em laboratório, de forma a apresentar determinadas características de resistência e durabilidade. Os teores usuais de cimento estão situados na faixa de 2 a 4%, em peso, em relação ao total da mistura.

Segundo Oliveira (2011), quando um solo apresenta estabilização inviável, porém mostra ganhos de resistência pré-fixada, ele ainda pode ser utilizado para fins de pavimentação utilizando pequenas adições de cimento, que não visam grande melhoria, como por exemplo, a ligação de todas as partículas de solo com o ligante, mas ganhos em propriedades físicas,

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RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA aumento do Limite de Plasticidade, redução do Limite de Liquidez, reduzir mudanças de volume e inchamento do solo. Ainda segundo Oliveira (2011), a utilização do cimento somente para controle da plasticidade e expansibilidade do solo, é chamada solo melhorado com cimento.

No caso do solo-cimento (SC) este poderá ser utilizado como base ou sub-base de pavimento, pois além de fornecer boa resistência ao cisalhamento, gera resultados animadores de resistência à tração na flexão. Já misturas de SMC são utilizadas normalmente como camadas de reforço de subleito e eventualmente em sub-bases, tornando o solo natural aproveitável na construção do pavimento (BALBO, 2007).

2.4.3 Solo-cimento (SC)

Mais de 25.000 Km de base ou sub-base de pavimentos já foram executados no Brasil desde 1939, com a solução solo-cimento, que é uma mistura homogênea compactada, curada e endurecida de solo, cimento e água, podendo ser utilizados solos do próprio local da futura base ou solos vindos de outras jazidas e misturados em usina central ou no próprio campo (ABCP, 2009).

O produto resultante deste processo tem demonstrado aumento significativo de resistência e rigidez quando comparado com o solo natural, baixa permeabilidade, baixa retração e boa durabilidade o que o torna um material de construção com potencial para várias aplicações, como fundações superficiais, proteção de taludes, barragens, e, como base e sub-base de pavimentos rodoviários (SPECHT, 2000).

Apesar da mistura sol-cimento promover o aumento da capacidade estrutural do pavimento e reduzir as tensões transmitidas ao terreno de fundação o que melhora o desempenho estrutural do mesmo, deve-se levar em conta que a adição do cimento gera uma coesão química muito elevada no solo e dependendo do teor de cimento utilizado poderá resultar num material demasiadamente duro e de elevada rigidez à flexão, propenso a quebrar sob as cargas do tráfego. Sendo assim, a aplicação de teores elevados de cimento podem propiciar o aparecimento de trincas por retração e outras falhas que causam a degradação acelerada da camada cimentada o que diminui a vida útil do pavimento (PAIVA; OLIVEIRA, 2013).

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__________________________________________________________________________________________ Para se dimensionar adequadamente uma estrutura de pavimento, deve-se conhecer bem as propriedades dos materiais que a compõem, sua resistência à ruptura, permeabilidade e deformabilidade, frente à repetição de carga e ao efeito do clima (BERNUCCI et al. 2008, p.339).

As principais vantagens da estabilização de solos com aditivos químicos estão relacionadas com a redução do índice de plasticidade, bem como com o aumento da trabalhabilidade resultante de evoluções granulométricas, o que torna o material mais granular e garante aumento de rigidez a médio e longo prazo (FERNANDES; SANTOS; PINTO, 2010).

O uso de cimento para estabilização de solos é um método que permite obter consideráveis melhorias nas características do solo, quer do ponto de vista mecânico quer da durabilidade (CRUZ, 2004).

A mistura de solo e cimento teve grande aceitação na execução de obras rodoviárias, aeroportos barragens, canais de irrigação, pavimentação de pátios e estacionamento, dentre outras aplicações, por meio de seu uso em proporções adequadas (SEGANTINI, 2000).

As principais variáveis que controlam as propriedades e características das misturas de solo-cimento são o tipo de solo ou material agregado, a proporção de cimento utilizada na mistura, as condições de umidade e o grau de compactação (CRUZ, 2004).

O solo do local da obra é o mais indicado para pavimento com base de solo-cimento, porque diminui os custos com transporte, viabilizando a execução, com exceção de solos orgânicos, pois estes não podem ser utilizados (LOPES, 2002).

Neste trabalho foi utilizada a mistura solo-cimento nas moldagens dos corpos de prova. 2.4.4 Reações Químicas que ocorrem na mistura Solo-Cimento

Segundo Basso et al.(2003), o processo de estabilização da mistura solo-cimento ocorre a partir do desenvolvimento das reações entre os constituintes anidros do cimento, que em presença de água geram a hidratação do mesmo e o endurecem, sendo que a partir daí se formam vínculos químicos entre a superfície dos grãos e do cimento, juntamente com as partículas de solo.

Fazem parte da interação entre o solo e o cimento, duas partes, denominados processo primário e secundário (ABIKO, 1987). Os processos primários iniciam-se com as reações de hidratação do cimento Portland, ou seja, os silicatos e aluminatos hidratados e o processo

(38)

RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA secundário refere-se às reações entre argilo-minerais já existentes no solo mais o hidróxido de cálcio liberado na hidratação do cimento (ABIKO, 1987).

O processo de fabricação do cimento Portland basicamente consiste em moer a matéria-prima, misturá-la em determinadas proporções e logo após efetuar a queima em forno rotativo a elevadas temperaturas conforme demonstrado na Figura 6, obtendo nesta queima o clínquer que é finamente moído (NEVILLE, 1997). O gesso é adicionado visando o controle de pega e endurecimento e este material pode receber posteriormente adições como escória de alto forno, cinzas volantes sílicas ativas entre outros (NEVILLE, 1997). O mesmo autor observa que o clínquer quando moído possui composição química específica e propriedades físicas do cimento que contém anidros, sendo os principais:

 Silicato tricálcico, ou alita (C3S);

 Silicato dicálcico, ou belita (C2S);

 Aluminato Tricálcico (C3A);

 Ferroaluminato tetracálcico, ou ferrita (C4AF).

Figura 6: Processo de fabricação do cimento Portland

Fonte: BALB0 (2007.p.145)

Conforme Basso et. al. (2003, apud MOH, 1962, p. 349), as reações:

[...] podem ser representadas pelas equações qualitativas a seguir, onde são apresentadas somente as reações que envolvem o silicato tricálcico (C3S), por ser este o constituinte do cimento responsável pela maior parcela de resistência observada: a) Reações iniciais: Reações de hidratação do silicato tricálcico do cimento:

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__________________________________________________________________________________________ a.1) C3S + H2O = C3S2HX (gel hidratado) + Ca(OH)2

a.2) Ca(OH)2 = Ca++ + 2(OH)-

b) Reações com o solo: Reações entre a cal gerada na hidratação do cimento e os argilominerais do solo (reações pozolânicas):

b.1) Ca++ + 2(OH)- + SiO2 (sílica do solo) = CSH b.2) Ca++ +2(OH)- + Al2O3 (alumina do solo) = CAH

c) Se ocorrer queda no pH da mistura, a reação caminha no seguinte sentido: c.1) C3S2HX = CSH + cal (Obs.: o CSH é um composto mais fraco que o C3S2HX). O silicato de cálcio hidratado (C3S2Hx) é o produto final da hidratação tanto do C3S

como o C2S, sendo que, aquele originado do C3S é estável somente em soluções saturadas de

hidróxido de cálcio, com pH variando de 12,34 a 12,20, enquanto que o proveniente do C2S é

estável em soluções com pH igual a 11 (BASSO et. al., 2003 apud PITTA et al., 1988, p.349). A reação mostrada em (c.1) que ocorre se o pH baixar, deixa o silicato de cálcio hidratado C3S2Hx instável e forma o CSH, que apesar de também ser um silicato de cálcio

hidratado, apresenta características de cristalização e de resistência mecânicas diferentes das ocorridas no C3S2Hx, devido suas condições no meio em que se formaram (com baixo pH) e

assim sendo a queda do pH da mistura forma o CSH e consome parte do C3S2Hx, composto este

responsável pela maior parte da resistência da mistura solo-cimento (BASSO et. al., 2003). Grande (2003) salienta que o conhecimento dos produtos formados pela hidratação do cimento e seus diversos fatores (calor liberado e velocidade), constituintes dessa reação é de grande valia para o uso prático do cimento Portland em sua aplicação em solo-cimento, visando este fim é necessário o entendimento das características e propriedades deste material em hidratação, tais como:

 C3A: tem sua reação nos primeiros minutos ocasionando elevado calor de hidratação, mas ainda provoca baixo valor de resistência e forte retração;

 C3S: responsável pela resistência nas idades iniciais, proporcionando alto desprendimento de calor e liberando cerca de 40% em massa de hidróxido de cálcio (CH);

 C2S: responsável pela resistência em idades mais avançadas, com baixa liberação de calor e produzindo cerca de 18% em massa de CH;

 C4AF: desenvolvimento lento e pequeno de resistência mecânica e boa resistência ao ataque de sulfatos.

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RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA O processo de hidratação do cimento é bastante complexo e se dá através de várias reações químicas que ocorrem simultaneamente e que interferem entre si e o comportamento da hidratação (velocidade, distribuição e formação final dos produtos hidratados) está intimamente ligado ao tamanho dos grãos do cimento (área específica), temperatura, quantidade de água adicionada bem como forma de execução da mistura (GRANDE, 2003).

Balbo (2007) apresenta algumas características dos componentes dos cimentos durante as reações de hidratação no Quadro 2. O mesmo autor também relata que os controles básicos sobre o produto fabricado são: tempo de início e fim de pega (com agulha de Vicat), inchamento ou estabilidade de volume da pasta (com agulha de Le Chatellier) e ensaios de resistência da pasta ou argamassa preparada com areia e relação água ∕cimento (a∕c) padronizadas e a Figura 7, demonstra os ganhos de resistência ao longo do tempo de hidratação (BALBO, 2007).

Quadro 2: Propriedades dos compostos do cimento Portland

Fonte: Balbo (2007.p.147)

Figura 7: Ganhos de resistência dos compostos do cimento durante a hidratação

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__________________________________________________________________________________________ 2.4.5 Dosagem do Solo-Cimento

Segundo Senço (2001), para se obter uma base ou sub-base de solo-cimento com características de acordo com o esperado para o comportamento do solo em relação a ação do tráfego, depende da correta quantidade ou teor de cimento Portland adicionado. Outro requisito importante, segundo o mesmo autor é o teor de umidade ótima, produzindo uma mistura que possa ser compactada antes da hidratação do cimento, atingindo massa específica máxima (SENÇO, 2001).

A relação entre rigidez (relacionado ao teor de cimento) e possíveis padrões de fissuração são dados importantes ao se fazer a dosagem do solo-cimento, pois a superdosagem ao invés de produzir materiais semirrígidos, torna-o semelhante ao concreto (SPECHT, 2000). Conforme ABCP (2009) é necessário obedecer algumas especificações e ter alguns cuidados para execução de camadas de solo-cimento visando garantir um produto final resistente e durável, tais como:

 A quantidade de cimento;  A quantidade de água;

 A massa específica aparente seca a ser alcançada pós compactação.

Segundo ABCP (2004), a dosagem do solo-cimento se dá através de uma sequência de ensaios realizados com determinada quantia de solo, água e cimento, seguida de interpretação dos resultados por meio de critérios preestabelecidos e o resultado final é a fixação das três variáveis citadas. Como a água a ser adicionada à mistura e a massa específica aparente seca da mistura compactada são tomadas exclusivamente como controle de serviço, tornando objetivo da dosagem somente a fixação da quantidade de cimento utilizando dados da umidade ótima e massa específica aparente seca máxima da amostra ensaiada (ABCP, 2004).

2.4.5.1 Dosagem Solo-cimento – Método ABNT

De início a Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT registrou a primeira norma relativa à dosagem da mistura de solo-cimento a NBR 01336 que na verdade era baseada no método da Portland Cement Association - PCA e na experiência de empreendimentos executados em vários solos brasileiros. A norma atual é a NBR 12253 de 2012 e segundo esta os passos e requisitos exigidos para a dosagem resumem-se em:

(42)

RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA I. Caracterização do solo segundo a classificação HBR (ASTM D 3282) da American

Association of State Highway Officials, somente os solo A1, A2, A3 e A4 podem ser utilizados para execução de solo-cimento;

II. Escolha do teor de cimento a ser empregado na mistura, baseado no Quadro 3; Quadro 3: Teor de cimento sugerido pela ABNT para do solo-cimento

Fonte: NBR 12253 (2012)

III. Obtenção da umidade ótima e massa especifica máxima em ensaio de compactação; IV. Preparação dos corpos de prova com o teor sugerido e com a umidade ótima encontrada

no ensaio de compactação;

V. Submissão dos corpos de prova a ensaio de resistência à compressão simples após sete dias de cura;

2.4.5.2 Dosagem Solo-Cimento - Método DNIT

O Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes - DNIT, sucessor do extinto Departamento Nacional de Estradas e Rodagem – DNER adota em seus pavimentos procedimentos baseados nos métodos de ensaio para solo-cimento desse extinto órgão, bem como realiza atualizações destes instrumentos normativos.

O modelo adotado pelo DNIT segue os seguintes passos:

1. Primeiramente é executada a análise granulométrica do solo ou da mistura de solo que se deseja estabilizar com cimento de acordo com o método DNER-ME 80/1994 – Analise Granulométrica por Peneiramento.

2. Execução de ensaios de limites de plasticidade e de liquidez conforme preconizado pelos métodos DNER-ME 82/1994 e DNER-ME 122/1994 respectivamente.

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__________________________________________________________________________________________ 3. Escolha do tipo de cimento para a estabilização, os cimentos devem obedecer às

exigências da Norma DNER-ME 036/1995 juntamente com as normas NBR 5732/1991 e NBR 5735/1991.

4. Adoção de teor inicial de cimento.

5. Realização de ensaios de determinação de teor de umidade e massa especifica da mistura, conforme DNER-ME 216/1994, que pode ser realizado de duas formas de acordo de acordo com a quantidade de solo retida na peneira com 4,8 mm de abertura.

 Método A - Quando toda a amostra passa pela peneira com 4,8 mm de abertura;  Método B - Quando parte da amostra não passa pela peneira com 4,8 mm de

abertura;

6. Moldagem segundo método DNER-ME 202/1994 e rompimento dos corpos de prova conforme preconizado pelo método DNER-ME 201/1994, antes do rompimento os corpos de prova são submetidos à imersão em água por 4 horas;

7. Verificação se a resistência de projeto foi obtida, bem como o valor mínimo conforme a Norma DNIT 143∕2010 – ES, que é de 21 kg/cm², ou seja, 2,1Mpa aos 7 dias. Caso a amostra não apresentarem a resistência requerida é necessário aumentar o teor de cimento e refazer os ensaios;

Os dois principais métodos de dosagem de solo-cimento para uso rodoviário no Brasil, (método ABNT e método DNIT), são métodos empíricos e realizam por tentativa e erro o dimensionamento da estabilização do solo. Neste estudo foram utilizados os dois métodos, visto que o método da ABNT é mais conservador e simplificado, pois descarta a possibilidade de uso de alguns solos siltes e argilas e o método do DNIT é mais detalhado e trata os solos finos diferentemente dos solos grossos.

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RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES (RCS) EM SOLO DA REGIÃO DE SANTA ROSA

3 MATERIAIS E METODOLOGIA UTILIZADOS NA PESQUISA

Neste capitulo serão abordados a metodologia de pesquisa utilizada, as estratégias para o seu desenvolvimento, delineamento e caracterização, bem como os ensaios laboratoriais e suas respectivas normas.

3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA

Segundo Moresi (2003), a pesquisa pode ser definida de uma forma simples, como a procura por respostas à indagações propostas.

O tipo de pesquisa realizada neste trabalho foi uma pesquisa experimental, na qual se determinou um objeto de estudo, no caso um tipo de solo da região de Santa Rosa (basalto decomposto), selecionadas variáveis como a adição de diferentes teores de cimento e umidades ao solo, observando os possíveis efeitos e o quanto essas adições poderiam influenciar as características de resistência do solo original. Utilizou-se também, de uma ampla análise bibliográfica e bateria de ensaios laboratoriais durante um ano (abril de 2015 a abril de 2016) para a busca e verificação dos resultados.

A pesquisa experimental segundo Gil (2002, p. 47-48):

A pesquisa experimental constitui o delineamento mais prestigiado nos meios científicos. Consiste essencialmente em determinar um objeto de estudo, selecionar as variáveis capazes de influenciá-lo e definir as formas de controle e de observação dos efeitos que a variável produz no objeto. Trata-se, portanto, de uma pesquisa em que o pesquisador é um agente ativo, e não um observador passivo.

De acordo com Moresi (2003), a pesquisa bibliográfica é um estudo sistematizado desenvolvido através de material publicado em livros, revistas, jornais, redes eletrônicas, que fornece instrumento analítico para qualquer tipo de pesquisa.

Ainda segundo Moresi (2003) a pesquisa sob o ponto de vista da sua natureza é de natureza prática, quando objetiva gerar novos conhecimentos para aplicação prática, visando soluções de problemas específicos, envolvendo verdades e interesses locais. Já sob aspecto de abordagem do problema é quantitativa quando se pode traduzir em números informações para classifica-la e analisá-la (MORESI, 2003).