Base de solo-cimento para pavimentos flexíveis / Soil-cement base for flexible floors

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.6, p.37992-38006 jun. 2020. ISSN 2525-8761

Base de solo-cimento para pavimentos flexíveis

Soil-cement base for flexible floors

DOI:10.34117/bjdv6n6-371

Recebimento dos originais:08/05/2020 Aceitação para publicação:16/06/2020

Wanderson Geraldo Gonçalves Dias

Bacharel em Engenharia Civil pelo Centro Universitário de Anápolis – UniEVANGÉLICA Instituição: Gegoma Engenharia EIRELI

Endereço: Rua JM 65, Qd. 63 Lt. 07, Setor Sul Jamil Miguel 1ª Etapa, Anápolis – GO, Brasil E-mail: wanderson.geraldo@hotmail.com

Caroline Durães Silva

Pós Graduada em Engenharias, Tecnologias e Sustentabilidade Urbana pela Universidade Estadual de Goiás – UEG

Instituição: Realiza Construtora Ltda

Endereço: Avenida Pedro Ludovico, Qd. 01 Lt. 21, Bairro Paraíso, Anápolis – GO, Brasil E-mail: engcarolineduraes@gmail.com

Ana Lúcia Carrijo Adorno

Doutora em Estruturas e Construção Civil pela Universidade de Brasília Instituição: Centro Universitário de Anápolis – UniEVANGÉLICA

Endereço: Rua Hugo de Carvalho Ramos, 250, apt. 202, Bairro Jundiaí, Anápolis – GO, Brasil

E-mail: ana.carrijo@unievangelica.edu.br

Juliana Simas Vasconcellos

Mestra em Engenharia Civil pela Universidade Estadual Federal de Goiás Instituição: Universidade Estadual de Goiás – UEG

Endereço: BR 153, número 3105, Campus Henrique Santillo, Fazenda Barreiro do Meio, Anápolis-GO, Brasil

E-mail: julliana.simas@ueg.br

RESUMO

Considerando o avanço tecnológico no ramo automobilístico de transportes pesados e o aumento na escassez de matéria prima, faz-se necessário uma busca por produtos ou metodologias que melhore a capacidade de resistência dos pavimentos e que adeque os materiais dispostos próximos às obras, no intuito de garantir as características físicas e mecânicas solicitadas para os diferentes fins. Este trabalho demonstra os benefícios do uso do solo-cimento na base de um pavimento flexível, tornando as obras mais viáveis pelo ponto de vista técnico, ambiental e econômico. A adição da mistura de 3% de cimento, 10% de areia e 87% de solo implicam em um aumento considerável da resistência da estrutura do pavimento, fazendo, assim, que esse pavimento resista a crescente demanda automobilística de transportes pesados e tenha um aumento na sua vida útil. Neste trabalho foi apresentado um comparativo entre ensaios de Capacidade de Suporte (I.S.C.) e expansão, os quais demonstraram

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.6, p.37992-38006 jun. 2020. ISSN 2525-8761 acréscimos de valores de resistência à compressão bem como redução da expansão, devido à adição de cimento e areia, mostrando sua eficácia diante dos valores dos ensaios com amostras sem adição da mistura. Por meio dos resultados obtidos pelos ensaios, verificou-se que houve um aumento na capacidade de suporte na estrutura do pavimento e uma baixa na expansão quando saturado, provando a eficiência da base solo-cimento perante a base convencional, não apenas pela sua resistência e sua baixa expansão, mas também pelo aspecto econômico e ambiental, devido à redução de outros custos indiretos, como recomposição ambiental e transporte de materiais.

Palavras-chaves: Base. Solo-Cimento. Pavimentação. Capacidade de Suporte. ABSTRACT

Considering the technological advance in the heavy transport automotive sector and the increase in the scarcity of raw material, it is necessary to search for products or methodologies that improves the resilience of the pavements and that adjust the materials arranged close to the works, to guarantee the characteristics Physical and mechanical properties required for its different purposes. This work demonstrates the benefits of using soil-cement on the basis of a flexible pavement, making the works more technically, environmentally and economically viable. The addition of a mixture of 3% cement, 10% sand and 87% soil results in a considerable increase in the strength of the pavement structure, thus making the pavement withstand the growing demand for heavy vehicles and heavy traffic. Increase in its useful life. This study presented, a comparative analysis was performed between ISC and expansion tests, which showed increases in compressive strength values as well as expansion reduction, due to the addition of cement and sand, showing its effectiveness against the values of the tests with samples without the addition of the mixture. By means of the results obtained by the tests, it was verified that there was an increase in the support capacity in the pavement structure and a low in the expansion when saturated, proving the efficiency of the soil-cement base against the conventional base, not only for its strength and low expansion, but also by the economic and environmental aspect due to the reduction of other indirect costs such as environmental rebuilding and material transportation.

Keywords: Base. Soil-Cement. Paving. Carrying Capacity. 1 INTRODUÇÃO

Existem várias maneiras de transportes, tais como ferroviário, hidroviário, marítimo, aéreo e rodoviário. No Brasil, o método de transporte mais utilizado é o rodoviário e como nos últimos anos, com o crescimento do Produto Interno Bruto (PIB), houve um aumento na produção automobilística, industrial e agrícola, tendo uma crescente demanda na área de transportes para o escoamento desses produtos. Com isso aumentou-se o tráfego de veículos leves, médios e pesados, necessitando de uma melhoria de qualidade estrutural das malhas rodoviárias.

A estrutura do pavimento é composta geralmente por camadas, iniciando pela terraplanagem, que seria a regularização do terreno natural e rebaixamento ou elevação de sua cota, depois o subleito, sub-base, base e a capa que pode ser rígida ou flexível. Os pavimentos

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.6, p.37992-38006 jun. 2020. ISSN 2525-8761 rodoviários são geralmente subdivididos em três categorias: flexíveis, semirrígidos e rígidos. Existem várias metodologias para a melhoria da resistência da estrutura dos pavimentos.

Para Sanbounsuge (2013) o solo é um material complexo, variável e com extensa aplicação na engenharia rodoviária, devido a sua ocorrência em abundância. Porém, dependendo de sua origem pedológica e condições de tráfego, pode não ser apropriada para camadas de base e sub-base de pavimentos. Dentro dessas limitações, devem ser estudadas alternativas que melhorem as características do solo. A estabilização com aglomerantes hidráulicos pode ser uma solução interessante, tanto do ponto de vista técnico, como econômico.

A metodologia da adição de aglomerantes hidráulicos na base do pavimento flexível é conhecido por solo-cimento. Como o próprio nome sugere, esta mistura é formada principalmente por solo e uma pequena porcentagem de areia e cimento Portland.

Para Monte (2012) solo-cimento é um material que pode ser usado tanto em camadas do leito do pavimento, como em camadas de base e sub-base. Consiste numa mistura de cimento, solo e água, cujo principal objetivo é melhorar as características estruturais do pavimento.

Segundo o Departamento Nacional de Infraestrutura e Transporte - DNIT (2010), a base de um pavimento é a camada de pavimentação destinada a resistir aos esforços verticais oriundos dos veículos, distribuindo-os adequadamente à camada subjacente, executada sobre a sub-base, subleito ou reforço do subleito, devidamente regularizado e compactado.

Como relatado por Bolis e Renzo (1949 apud Sanbonsuge, 2013) o emprego de aglomerantes hidráulicos, com o intuito de melhoria das características de materiais naturais empregados para pavimentação, não é de uso recente. A utilização de pozolanas e cal como materiais estabilizantes já são conhecidos desde a época áurea de Roma.

Segundo Macedo (2004), as primeiras notícias de tentativas contemporâneas de obtenção da mistura de solos com cimento Portland, considerado como um material de construção econômico, durável e de propriedades tecnológicas bem definidas, vem de Sarasota, Flórida (EUA), quando um engenheiro de nome Bert Reno, em 1915, experimentou pavimentar uma rua da cidade, a Oak Street, empregando um composto de conchas marinhas, areia de praia e cimento Portland.

De acordo com Macedo (2004), entre 1917 e 1920 foram expedidas patentes comerciais para uso em pavimentos de misturas de terra e cimento Portland, com as denominações de Soilamies e Soilcrete, respectivamente.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.6, p.37992-38006 jun. 2020. ISSN 2525-8761 Segundo Lima (2006), a partir de 1935, a Portland Cement Association (PCA), o Bureau of Public Roads (BPR) e o Departamento de Estradas e Rodagens do Sul da Califórnia construíram uma pista experimental com 2,5 Km, próximo a Johnsonville, Carolina do Sul. Assim, foi possível confirmar a validade dos ensaios desenvolvidos no laboratório da PCA. Depois deste experimento, muitos estados começaram a adotar o solo-cimento como material de construção de pavimentos rodoviários.

Em Portugal, esta técnica teve grande desenvolvimento nas décadas de 50 e 60 do século passado, pela mão do engenheiro Manuel Pimentel dos Santos, no Laboratório de Ensaios do Solo de Moçambique. Durante estas décadas foram construídos milhares de quilômetros de estradas com base em solo-cimento, em Moçambique e Angola, e vários estudos foram publicados, nomeadamente Curso de Solo-cimento, Progressos no projeto e construção de estradas em solo-cimento e Ensaios normais de solo-cimento (SANTOS, 1951, apud OLIVEIRA, 2004).

Segundo a Associação Brasileira de Cimento Portland (2009) os pavimentos com base ou sub-base de solo-cimento são empregados no Brasil desde 1939, quando foi construída a estrada Caxambu-Areias, empreendimento no qual a ABCP juntou-se ao Departamento Nacional de Estradas e Rodagens (DNER). Desde então, foram executados no país mais de 25.000 km com essa solução, um marco mundial.

2 METODOLOGIA

A metodologia utilizada segue os procedimentos adotados pelo DNIT e DNER para bases de solo-cimento em pavimentos flexíveis, conforme especificação de serviço 143/2010. Conforme a norma 143/2010 do DNIT (2010) o cimento empregado deve obedecer as exigências da norma DNER-EM 036/95, juntamente com as normas NBR 5732 (ABNT, 1991) ou NBR 5735 (ABNT, 1991). A água deve ser isenta de teores nocivos, como sais, ácidos, álcalis ou matéria orgânica e outras substâncias prejudiciais. Os solos empregados na execução de base de solo-cimento devem ser os provenientes de ocorrências de materiais, devendo apresentar as características, conforme a Tabela 1, quando submetidos aos ensaios DNER-ME 080/94, DNER-ME 082/94 e DNER-ME 122/94.

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Tabela 1 – Características do solo

Peneiras Porcentagem Tolerância

2 ½” 100 % -

Nº 4 50 a 100 %  5%

Nº 40 15 a 100 %  2%

Nº 200 5 a 35 %  2%

Limite de liquidez máximo 40%

Índice de

plasticidade

máximo 18%

Fonte – DNIT, 2010.

Todos os materiais utilizados seguiram as especificações do DNIT e atenderam as características físicas apresentadas na Tabela 1.

Os solos empregados nos ensaios, tanto para o corpo de prova com material de uma base de solo cimento, quanto para o corpo de prova com o material de uma base convencional, foram coletados em mesmo local, uma jazida de cascalho localizada próxima a BR 153, na altura do km 421, na zona rural de Anápolis. Este material foi submetido aos ensaios de granulometria por peneiramento (Figura 1), atendendo a norma DNER-ME 080/94; ensaio de limite de liquidez (Figura 3), conforme a norma DNER-ME 082/94 e ao ensaio de plasticidade (Figura 2), conforme a norma do DNER-ME 122/94, cujos resultados encontram-se nas Tabelas 2 e 3.

Tabela 2 – Resumo dos ensaios granulométricos, L.L. e I.P. dos corpos de prova 019, 001, 009

Peneiras Percentagem 2 ½” 100 % Nº 4 67,1 % Nº 40 22,9 % Nº 200 10 % Limite de liquidez 36,3% Índice de plasticidade 3,4% Fonte – DNIT, 2010.

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Tabela 3 – Resumo dos ensaios granulométricos, L.L. e I.P. dos corpos de prova 001, 013, 011

Peneiras Percentagem 2 ½” 100 % Nº 4 59,4 % Nº 40 23,2 % Nº 200 17,4 % Limite de liquidez 32,9% Índice de plasticidade 14% Fonte – DNIT, 2010.

Figura 1 – Ensaio de granulometria

Fonte - DIAS, 2015.

Figura 2– Ensaio de limite de plasticidade

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Figura 3 – Ensaio de limite de liquidez

Fonte - DIAS, 2015.

3 RESULTADOS E ANÁLISE

Para comparação foram moldados, de acordo com a norma 164/2013 do DNIT, seis corpos de prova, com moldes de número 019, 001 e 009, com solo convencional, e os corpos de prova de número 001, 013, 011, com solo cimento. Todas as amostras foram moldadas e submetidas aos ensaios de expansão e penetração, seguindo a norma 049/94 DNER (Figuras 4 e 5).

Os resultados obtidos nos ensaios de expansão e capacidade de suporte dos corpos de prova com material tradicional (019, 001 e 009) e material com solo-cimento (001, 013 e 011) estão apresentados nas Figuras 6 e 7.

Com a adição dessa mistura (87% solo, 10% areia, 3% cimento) houve um aumento significativo na capacidade de suporte (I.C.S.) e uma diminuição na expansão do material. Os ensaios foram realizados em corpos de provas coletados de diferentes locais, dentro de uma mesma jazida, porém, sendo o mesmo material com características que atendem as especificações DNER-ME 080/94, DNER-ME 082/94 e DNER-ME 122/94, de modo que as características físicas de ambos os materiais são semelhantes, pode-se montar um quadro comparativo (Tabela 4) a partir dos dados retirados dos ensaios das Figuras 6 e 7.

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Figura 4 – Amostras imersas para ensaio de expansão

Fonte - DIAS, 2015.

Figura 5 – Ensaio de capacidade de suporte (I.S.C.)

Fonte - DIAS, 2015.

Tabela 4 – Resumo Comparativo

Base de Solo-cimento Base Convencional

Dens. máx. 2,093 g/cm³ Dens. Máx. 2,057 g/cm³

Umid. ótima 14,30 % Umid. ótima 10,4 %

I.S.C. 151,0 % I.S.C. 72,9 %

Exp. 0,05 % Exp. 0,14 %

Fonte – DIAS, 2015.

Os resultados dos ensaios mostram que a base de solo-cimento atende as necessidades, sendo muito mais resistente comparado à base convencional, conforme apresentado no gráfico

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.6, p.37992-38006 jun. 2020. ISSN 2525-8761 comparativo da Figura 8. E não somente o acréscimo de resistência, devido ao solo-cimento, mas também uma baixa significativa na expansão desse material, quando imerso em água, conforme mostra o gráfico da Figura 9.

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Figura 6 - Ensaio de capacidade de suporte (I.C.S) e expansão, base convencional

T Fonte – DNIT, 2015.

CAMADA/ESTUDO: MATERIAL: ESTACA/FURO: PROFUNDIDADE: REGISTRO Nº:

DATA

DIFERENÇA DIFERENÇA DIFERENÇA DIFERENÇA DIFERENÇA

EXPANSÃO % EXPANSÃO EXPANSÃO EXPANSÃO EXPANSÃO %

Const. Anel: 0,1137 LEITURA PRESSÃO CORREÇÃO I.S.C. LEITURA PRESSÃO CORREÇÃO I.S.C. LEITURA PRESSÃO CORREÇÃO I.S.C. LEITURA PRESSÃO CORREÇÃO I.S.C. LEITURA PRESSÃO CORREÇÃO I.S.C.

DENS. MÁX.: UMID. HOT.: OBSERVAÇÃO:

LABORATÓRIO: FISCALIZAÇÃO: DATA:

ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA E EXPANSÃO CASCALHO LATERITA 713-722 OBRA: 115 14,2 125 8,0 65,9 10,16 8,0 12,7 -10,0 HORA 0,14 EXPANSÃO : -7,0 7,62 93,2 580 -- -52,9 58,6 220 29,6 16,5 145 13,1 260 25,0 (kg/cm²) (kg/cm²) (kg/cm²) 43,2 - -225 70 - -75,2 50,1 -50,2 390 515 775 88,1 820 465 73,9 685 77,9 63,7 485 605 2,54 4,0 42,1 55,1 68,8 560 5,08 35,2 63,1 555 44,3 52,9 465 310 019 001 25,6 322 (kg/cm²) -380 3,0 -59,8 36,6 2,0 1,5 370 8,89 57,4 505 0,18 - -% % 5,0 3,81 0,10 1,11 1,00 1,00 06/08/14 CILINDRO HORA (kg/cm²) PENETRAÇÃO 6,0 1,18 -0,11 6,35 CILINDRO LEITURA LEITURA 02/08/14 CILINDRO LEITURA Nº HORA HORA -% 1,90 -TEMPO (min) 0,5 0,63 1,0 1,27 PENETRAÇÃO (mm) 0,34 06/08/14 06/08/14 1,34 0,30 0,16 001 BASE 009 LEITURA 1,00 ENSAIO DE EXPANSÃO CILINDRO DATA HORA DATA DATA 019 CILINDRO 009 CILINDRO 02/08/14 02/08/14 LEITURA DATA -54,5 ISC : 72,9 10,4 2.057 06/08/2014 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 7, 5 8, 5 9, 5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16,5 E xp a n sã o (m m ) Umidade (%) EXPANSÃO 0, 0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 7, 5 8, 5 9, 5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16,5 ÍNDICE SUPORTE CALIFÓRNIA

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Figura 7 - Ensaio de capacidade de suporte (I.C.S) e expansão, base com solo-cimento

Fonte – DNIT, 2015.

CAMADA/ESTUDO: MATERIAL: ESTACA/FURO: PROFUNDIDADE: REGISTRO Nº:

DATA

DIFERENÇA DIFERENÇA DIFERENÇA DIFERENÇA DIFERENÇA

EXPANSÃO % EXPANSÃO EXPANSÃO EXPANSÃO EXPANSÃO %

Const. Anel: 0,1137 LEITURA PRESSÃO CORREÇÃO I.S.C. LEITURA PRESSÃO CORREÇÃO I.S.C. LEITURA PRESSÃO CORREÇÃO I.S.C. LEITURA PRESSÃO CORREÇÃO I.S.C. LEITURA PRESSÃO CORREÇÃO I.S.C.

DENS. MÁX.: UMID. HOT.:

OBSERVAÇÃO: PISTA ESQUERDA, 10% DE AREIA E 3% CIMENTO

LABORATÓRIO: FISCALIZAÇÃO: DATA:

20/08/2014 2.093 14,3 ISC : 151,0 90,1 LEITURA DATA -DATA DATA 001 CILINDRO 011 CILINDRO 16/08/14 16/08/14 1,00 ENSAIO DE EXPANSÃO CILINDRO DATA HORA 0,07 013 BASE 011 LEITURA 1,14 0,12 0,14 20/08/14 20/08/14 % 1,90 -TEMPO (min) 0,5 0,63 1,0 1,27 PENETRAÇÃO (mm) Nº HORA HORA -CILINDRO LEITURA LEITURA 16/08/14 CILINDRO LEITURA -0,00 6,35 CILINDRO HORA (kg/cm²) PENETRAÇÃO 6,0 1,08 1,00 1,00 20/08/14 % % 5,0 3,81 0,00 1,00 8,89 94,9 835 0,08 - -3,0 -64,7 31,8 2,0 1,5 400 -780 001 013 30,7 280 (kg/cm²) 43,2 135,3 1190 55,1 111,4 980 380 2,54 4,0 45,5 741,3 134,2 1040 5,08 118,2 6520 1180 600 141,3 1310 148,9 690 1460 166,0 158,5 61,5 -64,7 485 - -55 88,7 - -270 (kg/cm²) (kg/cm²) 165 67,1 37,5 330 9,1 590 18,8 (kg/cm²) -- -68,2 78,5 7,0 7,62 EXPANSÃO : -10,0 HORA 0,05 12,7 -10,16 8,0 80 16,5 145 6,3

ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA E EXPANSÃO CASCALHO LATERITA 147-161 OBRA: 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 7, 5 8, 5 9, 5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16,5 E xp a n sã o (m m ) Umidade (%) EXPANSÃO 0, 0 20,0 40,0 60,0 80,0 100, 0 120, 0 140, 0 160, 0 180, 0 7, 5 8, 5 9, 5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16,5 ÍNDICE SUPORTE CALIFÓRNIA

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Figura 8 – Comparativo I.S.C

Figura 9 – Comparativo da expansão

4 CONCLUSÃO

Depois de realizados os ensaios laboratoriais necessários e com seus resultados obtidos, foi possível avaliar o desempenho estrutural da base com mistura (solo-cimento) em relação a uma base sem mistura.

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 7,00% 8,00% 9,00% 10,00% 11,00% 12,00% 13,00% 14,00% 15,00% 16,00%

I.

S. C

Umidade (%) Base Convecional Base Solo-Cimento 0,00% 0,05% 0,10% 0,15% 0,20% 0,25% 0,30% 0,35% 5,00% 7,00% 9,00% 11,00% 13,00% 15,00% 17,00% Exp an sã o

Umidade (%) Base Convecional

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.6, p.37992-38006 jun. 2020. ISSN 2525-8761 Por meio dos resultados obtidos pelos ensaios, verificou-se que com a adição dessa mistura (87% solo, 10% areia e 3% cimento) houve um aumento de 103,57% no I.S.C e uma baixa de 280% na expansão, quando saturado. Provando assim, a eficiência da base solo-cimento perante a base convencional, não apenas pela sua resistência, mas também por sua baixa expansão.

Uma das grandes preocupações ao realizar um projeto de pavimentação é a distância média de transporte dos materiais, pois nem sempre os materiais próximos à obra atende as características necessárias para a resistência da demanda do projeto, tendo que transportar este material de outro local.

Também é necessária a remoção do material que não atende as características solicitadas pelo projeto, denominado solo mole. Este solo mole deve ser removido e depositado no bota fora.

Normalmente, o material que atende a resistência desejada é obtido em jazidas de cascalho, que muitas vezes não são próximas ao local de aplicação, assim subindo os custos da execução destes projetos.

Com o uso do solo cimento, pode-se melhorar a resistência dos materiais mais próximos da obra, diminuindo os custos com o transporte dos materiais das jazidas e também com a remoção do solo mole, com a redução da necessidade de retirada de materiais de jazidas e retirada de solo mole.

Também o impacto ambiental é reduzido, pois nas jazidas é necessário a remoção da camada vegetal de grandes áreas para a retirada de cascalho, tendo que fazer a recomposição ambiental nestas jazidas e também nas áreas denominadas bota fora, assim aumentando o custo, não apenas com o transporte, mas também com recomposições ambientais.

A utilização do solo-cimento reduz gastos como escavação, carga, transporte e descarga de cascalho e solo mole, espalhamento e compactação de solo mole em bota fora, recomposições vegetais, custos com isolamento de áreas, como jazidas e bota fora, com cercas ou outros tipos de confinamentos. Assim, fica claramente visível a necessidade de estudos mais detalhados para verificação da viabilidade de seu uso, onde deve ser levado em conta o ponto de vista econômico, estrutural e ambiental.

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