UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
RAUL TADEU LOBATO FERREIRA
AVALIAÇÃO DA DURABILIDADE POR MOLHAGEM E SECAGEM E
DA CAPACIDADE DE SUPORTE DE SOLOS ESTABILIZADOS EM
SINOP-MT
SINOP-MT
2014/1
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
RAUL TADEU LOBATO FERREIRA
AVALIAÇÃO DA DURABILIDADE POR MOLHAGEM E SECAGEM E
DA CAPACIDADE DE SUPORTE DE SOLOS ESTABILIZADOS EM
SINOP-MT
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: Dr. Flavio Alessandro Crispim.
SINOP-MT
2014/1
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classificação dos materiais de subleito de rodovias ... 15
Tabela 2 - Perdas de peso máximas permitidas pela Norma Geral ... 27
Tabela 3 - Características dos solos 01 e 02 ... 34
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Representação do perfil de um solo de clima seco ... 23 Figura 2 - Localização dos pontos de coleta dos solos ... 34 Figura 3 - Impermeabilização da área lateral da base do corpo-de-prova. ... 36 Figura 4 - Corpos-de-prova a serem confeccionados para cada período de cura (Cilindro Pequeno) ... 39 Figura 5 - Corpos-de-prova a serem confeccionados para o ensaio de determinação do ISC (Cilindro Grande) ... 40
LISTA DE ABREVIATURAS
AASHTO – American Association of State Highway Officials ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ASTM – American Society for Testing and Materials Cd– Coeficiente de Durabilidade
CBR – Califórnia Bearing Ratio
CNT – Confederação Nacional do Transporte CONAB – Companhia Nacional de Abastecimento
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes FAMATO – Federação da Agricultura e Pecuária de Mato Grosso IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IG – Índice de Grupo
IMEA – Instituto Mato-Grossense de Economia Agrícola IP – Índice de Plasticidade
ISC – Índice de Suporte Califórnia LFP – Lime Fixation Point
LL – Limite de Liquidez
LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil de Lisboa LSPI – Lime Slurry Pressure Injection
MCT – Miniatura Compactada Tropical NL – Não Líquido
NP – Não Plástico
PCA – Portland Cement Association
RCNC – Resistência à Compressão Não Confinada SPT – Standart Penetration Test
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Avaliação da Durabilidade Molhagem e Secagem e da Capacidade de Suporte de Solos Estabilizados em Sinop-MT
2. Tema: Engenharia Civil (30100003)
3. Delimitação do Tema: Geotécnica (30103002) 4. Proponente: Raul Tadeu Lobato Ferreira
5. Orientador: Prof. Dr. Flavio Alessandro Crispim
6. Estabelecimento de Ensino: UNEMAT – Universidade do Estado de Mato
Grosso
7. Público Alvo: Profissionais, acadêmicos e empresas de pavimentação. 8. Localização: Av. dos Ingás, nº 3001, Jardim Imperial, Sinop-MT, CEP 78555-000, Brasil.
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... 10 4 HIPÓTESES ... 12 5 OBJETIVOS ... 13 5.1 OBJETIVO GERAL ... 13 5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 13 6 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 14
6.1 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS PARA FINS RODOVIÁRIOS ... 14
6.2 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS ... 17 6.2.1 Estabilização Química ... 18 6.2.1.1 Estabilização Solo-Cimento ... 18 6.2.1.2 Estabilização Solo-Cal ... 21 6.3 DURABILIDADE ... 26 6.3.1 Método ABCP ... 28 6.3.2 Método Iowa ... 29
6.3.3 Método proposto por Marcon ... 30
6.4 CAPACIDADE DE SUPORTE DOS SOLOS PARA FINS RODOVIÁRIOS 31 7 METODOLOGIA ... 34 7.1 MATERIAIS ... 34 7.1.1 Solos ... 34 7.1.2 Estabilizantes ... 34 7.2 MÉTODOS ... 35 7.2.1 Ensaios Preliminares ... 35
7.2.2 Ensaios de Absorção de Água ... 36
7.2.3 Ensaio de Durabilidade por Molhagem e Secagem ... 38
7.2.4 Determinação do Índice de Suporte Califórnia (ISC) ... 39
7.2.5 Quantidade de Corpos-de-Prova ... 39
8 RECURSOS HUMANOS E MATERIAIS ... 41
9 CRONOGRAMA ... 42
1 INTRODUÇÃO
O aumento da população (IBGE, 2010) e da produção agrícola (CONAB, 2013) nos últimos anos são dois fatos notórios para a região norte do estado do Mato Grosso. A falta de infraestrutura básica, sobretudo a ineficiência do sistema viário, tem se mostrado um aspecto negativo no desenvolvimento da região. De acordo com a Confederação Nacional do Transporte – CNT (2013) a situação geral de 86,9% das rodovias do estado é classificada como regular ou péssima, o que se torna um grande problema no escoamento da produção agrícola.
A implantação de novas rodovias, exige a extração e transporte de materiais granulares para as camadas de sub-base e base dos pavimentos, que além de gerar danos ao meio ambiente, aumenta o custo final da obra. As técnicas de estabilização de solos permitem o melhoramento das características do solo existente no local de implantação da rodovia, reduzindo os gastos e impactos decorrentes da exploração de jazidas de material granular.
Contudo, as particularidades que os solos das regiões tropicais apresentam exige que tais técnicas sejam corretamente aplicadas para que os resultados esperados sejam obtidos. O bom desempenho do material estabilizado no exercício de suas funções depende sobretudo das condições a que será exposto, como tráfego e condições climáticas. As altas temperaturas, e principalmente as fortes chuvas, características do clima da região, podem se tornar fatores negativos na durabilidade das rodovias se as técnicas e materiais utilizados em sua implantação forem inadequados. Uma vez comprometida a durabilidade das rodovias, as camadas que constituem a estrutura do pavimento podem ter sua estabilidade e capacidade de suporte comprometidas, tornando-se suscetíveis à ruína.
Nesse contexto, é notável a necessidade de estudos que sirvam de base para a utilização racional de solos estabilizados na construção civil, prevendo o comportamento das misturas frente às solicitações oriundas do tráfego e das condições climáticas. Dessa forma, essa pesquisa busca avaliar a durabilidade e a capacidade de suporte de solos locais estabilizados com cal e cimento para fins de pavimentação, através do ensaio de Durabilidade por Molhagem e Secagem e da determinação do Índice de Suporte Califórnia. Este estudo tem como objetivo complementar o banco de dados dos estudos realizados na Universidade do Estado de Mato Grosso - UNEMAT, em especial aos trabalhos de Uieno (2011) com a
estabilização granulométrica, Simioni (2011) e Machado (2012) envolvendo solo-cal e Friozi e Crispim (2012) e Romanini et al. (2014) com a utilização de cimento, todos desenvolvidos com solos da região.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
A necessidade de aumentar os investimentos em infraestrutura básica no município de Sinop-MT decorre do alto crescimento populacional e da intensa expansão da área urbana que a cidade tem apresentado nos últimos anos. Além das necessidades básicas da população, como moradia, iluminação pública e saneamento básico, o sistema viário é um importante fator no crescimento da cidade e no desenvolvimento econômico.
Os pavimentos são estruturas que devem resistir aos esforços decorrentes do tráfego, às variações de umidade e temperatura devido ao clima, e proporcionar melhores condições de rolamento, conforto e segurança aos usuários. Estudos realizados por Simioni (2011) e Machado (2012) com amostras de solos representativos da região de Sinop-MT, mostraram que para construção de pavimentos a composição natural dos solos locais não é adequada, pois não apresenta condição mínima de capacidade de suporte e estabilidade para ser utilizado nas camadas que constituem a estrutura de um pavimento.
A execução de fundações e dados de sondagens SPT (Standart Penetration
Test) realizados em vários locais na cidade constatam que o lençol freático
localiza-se em nível elevado, conforme verificado pelo estudo realizado por Braga (2011). Este fato, associado ao período chuvoso característico do clima local, podem levar as camadas de solo superficial à condições próximas à saturação. Segundo Maitelli (2005) a estação chuvosa da região de Sinop, definida pelo período que se estende de setembro a abril, é caracterizada por apresentar temperaturas elevadas, e por concentrar cerca de 80% da precipitação anual, que varia entre 2200 e 2600 mm. Tal fato, coligado à instabilidade na presença de água e à baixa capacidade de suporte dos solos da região em seu estado natural dificulta a utilização dos mesmos para fins de pavimentação.
Por outro lado, a estação seca, que vai de maio a agosto, é caracterizada pela redução da precipitação, podendo apresentar meses consecutivos com menos de 60 mm de chuva, e pelas temperaturas que decaem causando resfriamentos significativos (MAITELLI, 2005). O período de estiagem quando combinado com a estação chuvosa submete as camadas do pavimento a rigorosos ciclos de molhagem e secagem. Esse processo cíclico, além das variações de temperatura e umidade, pode causar variações nas propriedades do material como seu potencial de absorção
de água e sua resistência mecânica. Essas variações em sua maioria são negativas, principalmente quando se trata da resistência mecânica, visto que as variações de umidade e temperatura causam a degradação do material (MARCON, 1977). A durabilidade das camadas que compõe o pavimento pode ser comprometida dependendo da intensidade com que esses ciclos ocorrem e afetam negativamente sua integridade estrutural.
A partir do momento que o solo do local da obra não apresentar características geotécnicas satisfatórias que garantam resistência ao pavimento projetado, é necessário melhorá-lo ou substituí-lo por outro (GUIMARÃES, 2002). Segundo Dalla Roza (2012), em Sinop-MT o que mais contribui no custo final do pavimento é o gasto com compra, extração e transporte de material granular que atenda os critérios mínimos para execução de rodovias. Porém, a exploração de jazidas de materiais granulares e o descarte do solo impróprio gera impactos ambientais afetando a paisagem, a fauna e a flora.
Dentro desse contexto, a estabilização de solos surge como uma alternativa para minimizar os gastos e impactos na pavimentação, possibilitando a utilização do solo local através do melhoramento de suas características. Sendo assim, é notável a necessidade de estudos que sirvam de respaldo técnico e econômico para a utilização racional da estabilização dos solos de Sinop na pavimentação, bem como estudo da durabilidade destes solos estabilizados quando submetidos a ciclos de molhagem e secagem.
3 JUSTIFICATIVA
Sinop, assim como toda a região norte do Estado de Mato Grosso, tem apresentado forte crescimento populacional nas últimas décadas, e com isso há grande demanda por serviços de infraestrutura urbana. De acordo com estimativa do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas – IBGE, o crescimento da população sinopense foi de 51,14% entre os anos 2000 e 2010, subindo de 74.831 para 113.099 habitantes (IBGE, 2000; 2010). Este crescimento populacional, essencialmente urbano (38,44%), gera uma intensa expansão da área urbana e requer investimentos em infraestrutura básica, como moradia, fornecimento de água potável, sistema de coleta de esgoto sanitário, iluminação pública e pavimentação.
A construção e manutenção de pavimentos é imprescindível na região, pois além de influenciar no comportamento da população, e na valorização de espaços urbanos (GARCIA et al., 2010), contribui para o escoamento da produção agropecuária estadual. O estado do Mato Grosso, que tem a maior área produtora de grãos localizada nas suas regiões norte e meio-norte. O estado se destaca principalmente pela produção de soja e milho, e responde aproximadamente por 29,1% da produção nacional (BRASIL, 2014). Segundo a Companhia Nacional de Abastecimento – CONAB (2013), a produção de grãos no estado na safra 2013/2014 deve aumentar de 3% a 5,3% em relação à safra 2012/2013.
Com o aumento da produção de grãos no estado, a qualidade e durabilidade das rodovias se torna ainda mais importante, já que segundo a Confederação Nacional dos Transportes – CNT (2014), as cargas agrícolas ainda são transportadas principalmente pelo sistema rodoviário. Entretanto, a pesquisa da CNT (2013), classificou a situação geral de 86,9% das estradas do estado como regulares ou péssimas. A ineficiência dos sistemas de transportes no país e no estado é um sério problema no escoamento da produção, e põe em risco a competitividade do produto brasileiro no mercado internacional. Segundo Vargas (2014) a Federação da Agricultura e Pecuária de Mato Grosso - FAMATO, estimou que as perdas em função das dificuldades de escoamento da produção são de aproximadamente R$ 500 milhões para a safra 2013/2014 e o prejuízo estimado pelo Instituto Mato-Grossense de Economia Agrícola – IMEA para a mesma safra já equivale a quase 2% da produção total do Estado.
Tais fatos tornam a demanda de construção e manutenção de vias urbanas e rurais ainda maior, e com isso, a necessidade da exploração de jazidas de materiais granulares, já que o solo do trecho em execução nem sempre apresenta um comportamento mecânico que obedeça aos critérios técnicos mínimos exigidos. A associação do clima da região, caracterizado por duas estações bem definidas de chuva e estiagem, com a localização do lençol freático, reduz ainda mais a viabilidade do uso do solo em seu estado natural, devido aos riscos que esses fatores apresentam à durabilidade do pavimento como um todo. Isso resulta na elevação dos impactos negativos ao meio ambiente e dos custos relacionados a extração e transporte do material.
Segundo Guimarães (2002), os solos das regiões tropicais úmidas têm recebido tratamentos deficientes sobre seus problemas, devido às particularidades que apresentam em seu comportamento. Sob esse aspecto, é de suma importância investigar técnicas viáveis e apropriadas que reduzam os impactos ambientais, possibilitando a utilização do solo local em obras de pavimentação, através da adição de materiais disponíveis no mercado que melhorem suas características naturais (cal e cimento).
4 HIPÓTESES
Com base nos resultados obtidos por Simioni (2011) é esperado que o solo siltoso quando estabilizado com cimento apresente Índice de Suporte Califórnia - ISC suficiente para ser usado como base de pavimento de baixo tráfego (ISC > 40%).
Tomando como referência os trabalhos desenvolvidos por Machado (2012), Friozi e Crispim (2012) e Romanini et al. (2014) acredita-se também que o solo arenoso quando estabilizado com ambos os aditivos deve resistir aos ciclos de molhagem e secagem.
5 OBJETIVOS
5.1 OBJETIVO GERAL
Averiguar a viabilidade técnica do emprego de misturas solo-cal e solo-cimento de dois solos representativos de Sinop, para fins de pavimentação, através do Índice de Suporte Califórnia - ISC das misturas e do coeficiente de durabilidade em condições próximas à saturação.
5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Verificar, por meio do ensaio Índice de Suporte Califórnia (ISC) a capacidade de carga das amostras de solo estabilizado;
Determinar e comparar a absorção d’água das misturas;
Avaliar a Resistência à Compressão Não Confinada - RCNC de corpos-de-prova após imersão em água;
Avaliar a RCNC de corpos-de-prova umedecidos por capilaridade;
Avaliar a RCNC após ciclos de molhagem e secagem;
Avaliar a perda da resistência das misturas quando em contato com a água;
Comparar as diferenças no comportamento de cada solo estabilizado;
Comparar a eficiência de cada aditivo para cada tipo de solo;
Indicar ou contraindicar a utilização das misturas na composição das camadas de pavimentos (base ou sub-base).
6 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo serão abordados os principais fundamentos e conceitos que formarão a base teórica dessa pesquisa. Os assuntos abordados englobarão conceitos que tratam desde os sistemas de classificação de solos até as técnicas de tratamento que tornam os solos, com características insatisfatórias, aptos a serem utilizados em trabalhos de engenharia. Tomando conhecimento desses assuntos será possível abordar os assuntos referentes à durabilidade e à capacidade de suporte de solos estabilizados que são o principal objeto de estudo dessa pesquisa.
6.1 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS PARA FINS RODOVIÁRIOS
Os carregamentos decorrentes do tráfego são relativamente pequenos e de curta duração, por esse motivo a avaliação do terreno para implantação de uma rodovia é feito em camadas pouco profundas. Por tratar-se de obras com grande desenvolvimento longitudinal, é necessária a análise de um elevado número de amostras para o reconhecimento do maciço de solo. Devido essa necessidade foram desenvolvidos sistemas de classificação de solos, para que de forma racional, rápida e fácil fosse possível identificar as características dos materiais do subleito e do pavimento, através de índices gerais determinados com base nas propriedades físicas do material, como granulometria e limites de Atterberg (LIMA et al., 1993a).
O sistema de classificação de solos mais utilizado no Brasil é o desenvolvido pelo Transportation Research Board – TRB e posteriormente adotado pela American
Association of State Highway Officials – AASHTO. Nele, a aptidão dos solos para fins
rodoviários é estabelecida com base no Índice de Grupo (IG), sendo este um número inteiro entre 0 e 20 que varia inversamente à capacidade de suporte de subleito (SANTOS, 2006). É calculado em função da porcentagem de material que passa na peneira de 0,074 mm (# nº 200) e das propriedades de Limite de Liquidez (LL) e do Índice de Plasticidade (IP), obtido através da Equação 1:
0,01bd 0,005ac 0,2a = IG Equação 1 Tal que:
a: porcentagem do material que passa na peneira nº 200, menos 35; se a porcentagem for maior que 75, adota-se a = 40, e se ela for menor que 35, adota-se a = 0;
b: porcentagem do material que passa na peneira nº 200, menos 15; se a porcentagem for maior que 55, adota-se b = 40, e se ela for menor que 15, adota-se b = 0;
c: valor de limite de liquidez (LL) menos 40; se LL for maior que 60%, adota-se c = 20, e se LL for menor que 40% adota-se c = 0;
d: valor de índice de plasticidade (IP) menos 10; se IP for maior que 30% adota-se d = 20, e se o IP for menor que 10% adota-se d = 0.
Este valor auxilia no dimensionamento das camadas do pavimento, pois estabelece a ordenação dos solos dentro de um grupo, de acordo com suas aptidões.
Tabela 1 - Classificação dos materiais de subleito de rodovias
Classificação Geral Materiais Granulares - (35% ou menos da amostra total passa na
N°200)
Classificação do grupo A-1 A-2
A-1-a A-1-b A-3 A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7
Ensaio de peneiramento (porcentagem que passa)
Nº 10 50 máx. Nº 40 30 máx. 50 máx. 51 mín. Nº 200 15 máx. 25 máx. 10 máx. 35 máx. 35 máx. 35 máx. 35 máx. Características da fração que passa na Nº 40 Limite de Liquidez 40 máx. 41 mín. 40 máx. 41 mín. Índice de Plasticidade 6 máx. NP 10 máx. 10 máx. 11 mín. 11 mín. Índice de Grupo 0 0 0 0 0 4 máx. 4 máx. Tipos usuais de materiais
constituintes significativos
Fragmentos de pedra, pedregulho e
areia
Areia fina Pedregulho e areia siltosos ou argilosos Qualidade geral como
subleito Excelente a boa
Classificação Geral Materiais argilo-siltosos
(mais de 35% da amostra total passa na N°200)
Classificação do grupo A-4 A-5 A-6 A-7
A-7-5¹ A-7-6²
Ensaio de peneiramento (porcentagem que passa)
Nº 10 Nº 40
Nº 200 36 mín. 36 mín. 36 mín. 36 mín. Características da fração que passa na Nº 40
Limite de Liquidez 40 máx. 41 mín. 40 máx. 41 mín. Índice de Plasticidade 10 máx. 10 máx. 11 mín. 11 mín. Índice de Grupo 8 máx. 12 máx. 16 máx. 20 máx. Tipos usuais de materiais constituintes
significativos Solos Siltosos Solos Argilosos
Qualidade geral como subleito Satisfatória a deficiente ¹ Para A-7-5, IP ≤ LL – 30
² Para A-7-6, IP > LL – 30
Fonte: DAS, 2007 (Adaptado).
Os solos dentro do TRB são classificados em oito grupos que vão do 1 ao A-8, e em oito subgrupos: A-1-a e A-1-b, pertencentes ao grupo A-1; 4, 5,
A-2-6 e A-2-7 pertencentes ao A-2; e A-7-5 e A-7-A-2-6 que pertencem ao A-7 (SANTOS, 2006). Os solos granulares (A-1, A-2 e A-3), possuem porcentagem passante menor que 35% na peneira nº 200; os silto-argilosos ou finos (A-4, A-5, A-6 e A-7) apresentam porcentagem passante maior que 35% na mesma peneira; e os solos orgânicos (A-8), cuja classificação é feita visualmente (DNIT, 2006).
O processo de classificação dos solos dentro do Sistema AASHTO-TRB é feito após a realização dos ensaios de granulometria, limites de liquidez e plasticidade, verificando a Tabela de Classificação dos Materiais de Subleito de Rodovias (Tabela 1) da esquerda para a direita, obtendo-se então o grupo a que o solo analisado pertence. Os solos pertencentes aos grupos A-1, A-2 e A-3, são classificados como granulares e possuem um comportamento como subleito de rodovia que varia de excelente a bom, conforme o valor do Índice de Grupo aumenta. Os solos que pertencem às classificações A-4 e A-5, solos siltosos, e os que pertencem às classificações A-6 e A-7, solos argilosos, apresentam desempenho como subleito variando de satisfatório a deficiente com o aumento do Índice de Grupo (DNIT, 2006). O estudo de reconhecimento do subleito tem como objetivo principal o reconhecimento dos solos, a caracterização das camadas e o traçado dos perfis que influenciam diretamente no projeto de pavimentação. A possibilidade de identificação das características dos solos através dos sistemas de classificação se mostra como um grande benefício para os profissionais da área, serve de base para o dimensionamento das camadas que constituem o pavimento, e ainda orienta quais técnicas devem ser empregadas quando o material não possuir características satisfatórias para o bom desempenho das funções requeridas.
Entretanto, os métodos tradicionais de classificação dos solos, como o TRB, não possuem resultados satisfatórios em solos tropicais, pois suas recomendações não coincidem com o comportamento dos solos nas rodovias. Algumas limitações ocorrem pelas diferentes frações de argila e de areia presentes nos solos, por isso Nogami e Vilibor desenvolveram a metodologia Miniatura Compactada Tropical - MCT, específica para regiões tropicais, que não se baseia nas propriedades índices como na TRB. A MCT se baseia em ensaios de laboratório, como compactação e imersão em água, a partir de corpos de provas compactados de dimensões de 5 cm de diâmetro e 5 cm de altura, buscando-se a representação da situação de quando o solo é submetido e utilizado em obras viárias. Contudo, a manipulação considerável de dados e o tempo necessário para obtenção dos mesmos são fatores que contribuem
para a baixa disseminação da metodologia. Mesmo apresentando limitações para solos tropicais e não tropicais, a metodologia TRB ainda hoje é largamente utilizada no meio rodoviário e ensinada nas escolas de engenharia (MARSON, 2004).
6.2 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
A estabilização de um solo se dá pelo emprego de técnicas, cujo principal objetivo é torná-lo adequado para emprego em obras de engenharia melhorando as características mecânicas e hidráulicas, assim como a permanência desses benefícios durante o tempo útil da obra.
O emprego dessas técnicas na Engenharia Rodoviária tem como principal objetivo conferir ao solo capacidade de resistir aos esforços e desgastes oriundos do tráfego, assim como aos processos erosivos decorrentes das variações e características climáticas.
A classificação das técnicas de estabilização é de suma importância para os profissionais da área e pode ser feita tomando como base o critério da natureza da energia transmitida ao solo. Nele, as técnicas de estabilização estão divididas em quatro grandes grupos: mecânica, química, elétrica e térmica (LIMA et al., 1993b).
As técnicas de estabilização mecânica, geralmente utilizadas na construção de rodovias, a princípio, compreendem dois métodos: a correção granulométrica, pela adição ou retirada de partículas, aplicada principalmente em solos muito deformáveis (argilosos) ou aqueles com deficiência de material ligante entre os grãos (arenosos); e a compactação, que se dá pelo rearranjo das partículas através da aplicação repetida de esforços, reduzindo a porosidade e aumentando a resistência mecânica (LIMA et al., 1993a, e LIMA et al., 1993b).
A estabilização química se dá pela adição de produtos químicos industrializados em pequenas quantidades. Os aditivos mais utilizados são a cal, o cimento e o betume, principalmente na estabilização de solos para fins rodoviários, pois apresentam potencial considerável no melhoramento do desempenho estrutural das massas de solo (LIMA et al., 1993a).
A estabilização elétrica, pouco utilizada no Brasil, se dá pela passagem de uma corrente elétrica pelo solo cuja intensidade e maneira de transmissão dependem das particularidades do terreno. Essa técnica envolve conceitos de eletro-osmose, eletroforese e consolidação eletroquímica, porém tem reduzida aplicação a rodovias (LIMA et al., 1993a).
O emprego de energia térmica para estabilização de solos pode ser feito basicamente de três maneiras diferentes: por congelamento, modificando a textura do solo mesmo que temporariamente; por aquecimento, buscando rearranjos na rede cristalina dos minerais constituintes do solo; e também por termo osmose, drenando os fluidos presentes na massa de solo pela ação de gradientes de temperatura. Essa técnica também é pouco utilizada para fins rodoviários (LIMA et al., 1993a).
6.2.1 Estabilização Química
Para Lima (1981), a estabilização química engloba as alterações que se produzem nas propriedades de resistência dos solos, a fim de lhes conferir características específicas para uma determinada finalidade de engenharia. Segundo o autor, tais alterações podem se processar através da substituição de cátions inorgânicos por cátions orgânicos hidro-repelentes e pela dispersão ou floculação das partículas.
Neste item serão abordadas as principais características dessa modalidade de estabilização considerando o uso dos aditivos cal e cimento, que são o foco dessa pesquisa e os mais utilizados no tratamento de solos para fins rodoviários.
6.2.1.1 Estabilização Solo-Cimento
O uso do cimento como aditivo é uma das técnicas de estabilização mais difundidas e utilizadas no Brasil e no mundo, sendo empregada tanto para fins rodoviários como na confecção de blocos ecológicos para alvenaria e na estabilização de aterros para fundações superficiais. A mistura solo-cimento é o produto da combinação de solo, cimento e água, em proporções determinadas em laboratório, que atenda aos critérios específicos de resistência e durabilidade (LIMA et al., 1993a). Segundo Senço (2001) essas condições mínimas dependem principalmente das características dos solos e geralmente são alcançadas com teores superiores a 4%.
Os efeitos produzidos pelo emprego do cimento como agente estabilizante variam de acordo com o tipo de solo. Segundo Portelinha (2008) em solos arenosos a adição do cimento cria ligações nos contatos intergranulares, proporcionando uma resistência mecânica mais efetiva do material às solicitações externas, pelo aumento da parcela que resiste à coesão. No caso de solos finos, os grãos de cimento comportam-se como núcleos, aos quais aderem pequenas partículas que os rodeiam
formando regiões de materiais floculados que apresentem ligações oriundas dos fenômenos de cimentação.
Segundo Pinto (1998), “o teor de cimento necessário para atingir uma determinada resistência depende das propriedades do solo”. Não há restrições para o uso do cimento como agente estabilizante, porém, segundo Alcântara (1995), pelo fato de apresentarem maior superfície específica, solos com granulometria muito fina requerem elevados teores de cimento e, consequentemente, maiores quantidades de água, afetando negativamente a trabalhabilidade da mistura e também aumentando o custo do tratamento. Além disso, Ferreira (2003) constatou em sua pesquisa que grandes quantidades de finos enfraquecem o efeito aglutinante entre a pasta de cimento e a fração arenosa do solo. Por esse motivo, mesmo tendo potencial para reagir com solos granulares e finos, a resistência da estrutura “partículas finas/cimento” é significativamente mais fraca que a estrutura “partículas granulares/cimento” (LIMA et al. 2009)
Pinto (1998) afirma que melhores resultados são obtidos com solos arenosos isentos de matéria orgânica com cerca de 20% de argila. Segundo o autor, solos sem argila não apresentam consistência adequada para compactação. Além disso, quanto maior a densidade obtida pela compactação, será necessário menos cimento e melhor será o resultado.
O mecanismo de estabilização consiste na hidratação do cimento que ocorre juntamente com a liberação de hidróxido de cálcio (PINTO, 1983; PETRUCCI, 1978
apud ALCÂNTARA, 1995). Nessas reações, as partículas de solo atuam como micro
agregados formando uma estrutura similar à do concreto, porém, nesse caso, a pasta não preenche todos os vazios devido a pequena quantidade de água e cimento (PITTA, 1995 apud LIMA et al. 2009). O hidróxido de cálcio liberado durante as reações pode contribuir com a floculação das argilas, porém esse potencial de floculação é muito pequeno, sendo aproximadamente dez vezes menor quando comparado com o potencial de floculação da cal (PINTO, 1983; PETRUCCI, 1978
apud ALCÂNTARA, 1995).
Segundo a ABCP (2002), qualquer tipo de cimento pode ser empregado na estabilização de solos, sendo os mais utilizados os comuns (CP I, CP I-S), os compostos (CP II-E CP II-Z. CP II-F), de alto forno (CP III) e o pozolânico (CP IV). O uso do cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI) não é recomentado para aplicação em solo-cimento, devido as baixas resistências que esse tipo de cimento
apresenta aos agentes agressivos, como os sulfatos presentes nos solos (VITALI, 2008).
Ao analisar o desempenho de três tipos de cimento como agente estabilizante em uma areia, Jung et al. (2012) constataram que a escolha do agente cimentante tem direta influência na resistência aos 28 dias de cura. As maiores resistências foram atingidas, em ordem decrescente, por CP V, CP II-E e CP IV. Tal fato também foi verificado por Romanini et al. (2014) ao estudarem o comportamento de um solo estabilizado com CP II-E e compararem com os resultados obtidos por Friozi e Crispim (2012), que analisaram o mesmo solo empregando CP IV. Ao contrário dos resultados obtidos por Jung et al., os autores obtiveram resistências maiores que as obtidas por Friozi e Crispim (2012). Dessa forma, pode-se dizer que o desempenho do tipo de cimento como agente estabilizante está diretamente relacionado com as características do solo que irá receber o tratamento.
Os métodos de dosagem empregados no Brasil são adaptações dos métodos da Portland Cement Association - PCA feitas pela Associação Brasileira de Cimento Portland - ABCP e consistem em ensaios de laboratório realizados tanto com solo em seu estado natural, como com as misturas. Os ensaios realizados com o solo em seu estado natural consistem basicamente em sua caracterização física (Limites de Atterberg, granulometria, absorção e densidade), e as misturas são submetidas a ensaios de compactação, durabilidade e compressão não-confinada, através dos quais é possível avaliar sua qualidade.
O critério adotado para determinação do teor ótimo de aditivo pode ser o resultado obtido no ensaio de compressão não-confinada (Norma Simplificada), ou perda de massa da mistura determinada através do ensaio de durabilidade (Norma Geral). A escolha do fundamento para dosagem depende do tipo de solo em análise e a disponibilidade de tempo para obtenção dos resultados.
Os processos estabelecidos pela norma geral demoram de 40 a 60 dias, e por esse motivo desenvolveu-se a norma simplificada, em que os parâmetros de dosagem são determinados em um prazo de 10 a 12 dias. De modo geral, a norma simplificada se mostra mais eficiente quando se trabalha com solos arenosos, por isso, em situações especiais em que esta norma não se mostrar eficiente, a norma geral deve ser utilizada.
Segundo Senço (2001) misturas pobres em cimento (teores abaixo de 4% e superiores a 1%) não são consideradas solo-cimento, porém, apesar de não
possuírem o mesmo caráter estrutural, podem ser utilizadas em obras de pavimentação devido as melhorias que o caráter corretivo do cimento proporciona.
Como exemplo, pode-se citar o solo melhorado ou corrigido com cimento que é definido como uma mistura de solo e pequena percentagem do aditivo capaz de reduzir a plasticidade do material e um aumento pouco significativo na sua resistência mecânica. Essa mistura pode ser utilizada como reforço do subleito ou ainda como pavimento alternativo quando empregada em camada de base.
O solo-cimento plástico é uma mistura que se difere do solo-cimento tradicional por apresentar consistência mais plástica e consequentemente melhor trabalhabilidade, geralmente utilizado no revestimento de valetas e canais.
Ainda é possível obter a lama de solo-cimento, com a utilização de teores de água muito próximos ao limite de liquidez do solo. O principal exemplo de aplicação desse produto se faz no preenchimento dos vazios que ocorrem sob as placas de concreto dos pavimentos rígidos.
De acordo com o Departamento Nacional de Infraestrutura e Transporte - DNIT (2006) a aplicação das misturas solo-cimento e solo melhorado com cimento se faz principalmente na constituição das bases e sub-bases de pavimentos flexíveis e semirrígidos. A mistura solo-cimento, que apresenta acentuada rigidez, é usualmente obtida com teor de cimento da ordem de 6% a 10%, e solos melhorados com cimento, por não apresentarem cimentação acentuada, são obtidos com pequenos teores de cimento (2% a 4%).
6.2.1.2 Estabilização Solo-Cal
O emprego da cal para estabilização de solos pode ser feito tanto para estabilização direta, como para propiciar a estabilização com outro agente estabilizante, como por exemplo resinas orgânicas e cimento Portland. Os benefícios mais notáveis da utilização da cal como aditivo é a melhoria da trabalhabilidade do material e o ganho contínuo de resistência que ocorre a longo prazo com o desencadeamento das reações pozolânicas (SENÇO, 2001).
Os mecanismos da estabilização solo-cal consistem em trocas iônicas, reações de carbonatação e reações pozolânicas. As trocas iônicas processam-se rapidamente e produzem alterações na granulometria, através da floculação e agregação das partículas; nos limites de Atterberg, afetando beneficamente a trabalhabilidade com o aumento do limite de plasticidade; no caráter expansivo, reduzindo os valores de
expansão e contração (variação volumétrica); e o aumento da capacidade de suporte (GUIMARÃES, 2002).
A carbonatação também trata-se de uma reação imediata, e consiste na interação da cal com o dióxido de carbono presente na atmosfera para formar agentes cimentantes relativamente fracos, fazendo com que a reação se torne indesejável no processo (LIMA, 1981).
As reações pozolânicas desenvolvem-se a longo prazo e ocorrem entre a sílica e/ou alumina do solo e a cal, resultando na formação de vários compostos de cimentação que aumentam a resistência e a durabilidade da mistura. Porém, essas reações nem sempre ocorrem, pois dependem das propriedades naturais dos solos, dos tipos e teores de cal empregados, das condições de cura e das características de compactação (LIMA et al., 1993a). Segundo Cincotto e Kaupatez (apud Alcântara, 1995), os compostos formados são insolúveis mesmo sob condições de imersão, semelhante àqueles formados pela hidratação de cimento Portland.
O processo de estabilização solo-cal é influenciado diretamente por fatores como: tipo de solo e cal, teor de cal, tempo e condições de cura (TRB, 1976). De modo geral, o ganho de resistência das misturas solo-cal se dá de forma lenta por reações que se prolongam por longos períodos, podendo se estender durante anos. Segundo Herrin e Mitchell (1967 apud LIMA, 1981) esse processo pode ser acelerado, obtendo-se em poucas semanas, sob temperaturas elevadas, resistências idênticas àquelas verificadas, por exemplo, para misturas com idades de 3 meses no campo. Os autores também afirmam que em alguns casos, obteve-se em 10 dias, a 60°C, a resistência correspondente a 3-4 meses de cura a temperaturas normais (21,1°C). Por outro lado, segundo Anday (1963 apud TRB, 1976) temperaturas muito baixas, abaixo de 16°C, retardam as reações. Tal fato faz com que sejam adotados critérios de temperatura mínima, podendo citar o critério adotado pelos americanos de “7°C na sombra ou ao nascer do Sol” para os trabalhos de estabilização (GUIMARÃES, 2002). A umidade do ar também é um fator que pode influenciar na resistência das misturas solo-cal, porém é difícil precisar quais são os reais efeitos, devido às diferentes condições de cura utilizadas pelos pesquisadores da área, tornando difícil a comparação dos resultados. Entretanto, quaisquer que sejam esses efeitos, não influenciam tanto como a temperatura de cura (HERRIN E MITCHELL, 1967 apud LIMA, 1981).
Thompson (1966) citado por Alcântara (1995), afirma que os parâmetros de classificação dos solos como porcentagem de fração argila e índices de consistência não são indicativos da reatividade solo-cal. O autor destaca alguns fatores referentes às propriedades dos solos que influenciam no processo de estabilização solo-cal, dentre os quais pode se destacar a reatividade que os solos apresentam de acordo com o horizonte do perfil do solo ao qual pertencem. Solos do horizonte A, devido a concentração de matéria orgânica, são pouco reativos à cal, a reatividade do horizonte B é variável, e os solos do horizonte C mostram-se mais reativos à cal, do que os anteriores. A representação dos horizontes acima citados pode ser visualizada na Figura 1.
Figura 1 - Representação do perfil de um solo de clima seco Fonte: PRESS et al., 2006 (Adaptado)
Quanto ao teor de cal empregado, Bell (1996 apud Portelinha, 2008) constatou que o aumento da resistência e o teor de cal não possuem uma relação linear, e que a cal em excesso causa uma redução da resistência. O mesmo autor verificou ainda que a quantidade de aditivo para se atingir a resistência máxima da mistura está diretamente relacionada com a mineralogia do solo.
A presença de alguns grupos minerais como montmorilonita e caulinita influenciam no processo de estabilização da mistura solo-cal (THOMPSON, 1966,
apud ALCÂNTARA, 1995). Segundo Lovato (2004), argilas expansivas, como as
montmorilonitas apresentam uma resposta mais rápida a adição de cal, quando comparadas à caulinita.
A maioria dos solos tropicais não se apresentam como os mais propícios para o emprego dessa técnica, considerando a baixa ocorrência de minerais que favoreçam as reações pozolânicas e devido a acidez predominante. Contudo, alguns pesquisadores têm encontrado resultados satisfatórios na avaliação da eficiência da estabilização solo-cal em solos tropicais. (ALCÂNTARA, 1995)
Segundo Guimarães (2002) as cales mais utilizadas para estabilização de solos são do tipo virgem e hidratada. Esses produtos são obtidos pela calcinação de rochas carbonatadas cálcicas e magnesianas, produzindo respectivamente a cal cálcica e a cal dolomítica em sua forma conhecida como cal virgem (viva). Nesse estágio a cal possui uma maior concentração em óxidos de cálcio e magnésio, e baixo preço comercial. Portanto, sua aplicação põe em risco a segurança dos trabalhadores devido as características do seu processo de hidratação, dessa forma sendo empregada apenas na correção de solos muito úmidos (GUIMARÃES, 2002; LIMA et
al., 1993c). A cal hidratada (extinta), subproduto obtido pela hidratação controlada da
cal virgem, é a mais empregada nos serviços de estabilização de solos para fins rodoviários, inclusive no Brasil (LIMA et al., 1993c).
A cal residual, subproduto da calcinação do calcário, também pode ser utilizada na estabilização de solos, porém, apesar de ser relativamente barata, sua qualidade não é uniforme. Outro tipo de cal que também merece ser citado é a cal hidráulica, obtida da calcinação de calcários com teores em argila na faixa de 15 a 20%, porém de aplicação reduzida na estabilização de solos (LIMA et al., 1993c).
A cal de carbureto, produto obtido pela reação química entre o carbureto de cálcio e a água, não é muito aceita no mercado da construção civil por sua coloração levemente azulada. Apesar desse tipo de cal não satisfazer os critérios americanos para ser utilizado na estabilização de solos, Thomé (1999) defende seu uso pelo potencial que apresenta em formar produtos das reações pozolânicas, e faz uso dela em sua pesquisa para estabilização de aterros. Simas et al. (2013) também fizeram uso do subproduto cal de carbureto e obtiveram resultados positivos em sua pesquisa para modificar as propriedades de um solo argiloso utilizado como subcamada de pavimentos urbanos, na cidade de Manaus - AM.
Devido à grande variabilidade das características dos solos, procura-se trabalhar com o tipo de cal mais eficiente no processo de estabilização. Segundo Lima (1981), a maioria dos autores não possuem um consenso a respeito da eficiência de uma cal em relação à outra, devido ao número reduzido de solos estudados, e pela
limitação do conhecimento à respeito das reações físico-químicas que ocorrem nos solos pela adição de cal. Tal fato faz com que às conclusões definidas a respeito do comportamento e eficiência das cales para estabilização de solos sejam aceitas com certas ressalvas. Contudo, os resultados obtidos na estabilização de vários tipos de solos com cal, desenvolvidos no Laboratório Nacional de Engenharia Civil de Lisboa – LNEC, conferem às cales calcíticas maior capacidade estabilizante. (CASTRO,1970
apud LIMA, 1981)
Lima et al. (1993c) definem dois métodos de ensaio para a dosagem da mistura solo-cal. Para solos reativos à ação da cal apresentando substancial ganho de resistência, utiliza-se os parâmetros obtidos pela compressão simples de corpos-de-prova moldados na energia do ensaio Proctor Normal. Nas situações em que o objetivo principal é o melhoramento da trabalhabilidade e o ganho de resistência é menor, além da compressão simples na energia Proctor normal, utilizam-se os parâmetros obtidos no ensaio ISC.
Há também métodos que se baseiam em outros critérios, podendo citar o método Lime Fixation Point - LFP e o método do Ph. O método LFP, proposto por Hilt e Davidson (1960) tem como objetivo estabelecer o teor de cal necessário para a melhoria da trabalhabilidade do solo sem proporcionar ganhos significativos em sua resistência. O ensaio para determinação do LFP consiste na determinação do Limite de Plasticidade (LP), aumentando o teor de cal até que se alcance um valor máximo (LFP). Para teores de cal superiores ao LFP, o solo ganha resistência sem ter melhorias em sua trabalhabilidade. Por esse motivo, geralmente são adicionados teores de cal maiores que o LFP, cerca de 4%, para a estabilização (CORRÊA
et al.,2009).
O método do pH proposto por Eades e Grim (1966), tem como princípio básico adicionar quantidade de cal suficiente para assegurar um pH de 12,4 para a ocorrência das reações pozolânicas. Por ter sido desenvolvido para solos de climas temperados, a aplicação desse método para solos tropicais não se mostra eficaz, já que alguns tipos de solo não atingem o pH limite de 12,4 (CORRÊA et al., 2009).
Corrêa et al. (2009) esclarecem que as diferentes conclusões obtidas para os diferentes métodos de dosagem para misturas solo-cal, está relacionado ao tipo de solo e cal utilizados, a reatividade do mesmo e à maneira de execução dos ensaios.
As classes de tratamento com a aplicação da estabilização solo-cal são basicamente quatro: a estabilização do subleito, que consiste na melhoria in situ das
propriedades de engenharia dos solos com a dição de 3 a 6% de cal em relação a massa de solo seco; estabilização da base (sub-base e reforço), consistindo no aumento de resistência das misturas com teores de 2 a 4% de cal em massa; a modificação dos solos pela adição da cal, que se trata do tratamento de solos com umidade excessiva e a estabilização profunda, através da injeção de cal sob pressão, para controle da expansão de solos instáveis (GUIMARÃES, 2002, e LIMA et al., 1993b).
Algumas outras técnicas de estabilização de solos utilizando a cal como agente estabilizante vêm sendo utilizadas para fins rodoviários, podendo citar as colunas de solo-cal e a injeção de lama de cal sob pressão. As colunas de solo-cal muito utilizadas em países como a Suécia, Noruega e Finlândia, geralmente são construídas com diâmetros de 0,5 a 0,6 metros e profundidade máxima de 15 metros, tendo como principal objetivo diminuir os recalques dos aterros rodoviários (GUIMARÃES, 2002).
O uso do Lime Slurry Pressure Injection – LSPI ou Injeção de lama de cal sob pressão consiste na injeção de lama de cal na camada de solo, para penetrar os vazios, fissuras e fraturas, formando uma rede de sustentação (NATIONAL LIME
ASSOCIATION apud GUIMARÃES, 2002).
Assim como os solos tratados com cimento, os tratamentos de solos pela adição de cal são aplicados para bases e sub-bases de pavimentos flexíveis e semirrígidos. A mistura solo-cal é obtida usualmente com teores de cal da ordem de 5% a 6%, podendo ser consideradas misturas semirrígidas quando por algum fator os efeitos das reações de carbonatação e pozolanização predominarem. Quando a adição de cal resultar principalmente na modificação da plasticidade e da sensibilidade à água, o produto obtido será denominado solo melhorado com cal (DNER, 1996).
6.3 DURABILIDADE
Ahlberg e Barenberg (1965 apud LIMA, 1981) define a durabilidade de um material como a capacidade que este apresenta em manter sua integridade estrutural sob as condições a que é exposto. Em relação aos métodos de avalição da durabilidade de solos estabilizados para fins rodoviários, Marcon (1977) destaca a importância de se levar em conta parâmetros como pluviosidade, temperatura local, umidade do ar e temperatura das camadas do pavimento.
Os métodos mais conhecidos para avaliação da qualidade das misturas são os de perda de peso e/ou perda de resistência através dos ensaios de durabilidade. A
simulação de forças que tendem a reduzir o volume é feita através do ensaio de molhagem-secagem, e as forças expansivas através do ensaio de gelo-degelo. Devido as condições climáticas do Brasil, o ensaio de gelo-degelo não é de grande interesse, embora os parâmetros para avaliação da durabilidade por perda de resistência sejam específicos apenas para corpos-de-prova submetidos a este ensaio.
Para as misturas solo-cimento a avaliação da durabilidade geralmente é feita com base nos parâmetros de perda de peso, cuja avaliação é feita em função de limites máximos de desgaste estabelecidos. O teor de cimento adotado deverá satisfazer os requisitos de perda de peso apresentados na Tabela 2.
Tabela 2 - Perdas de peso máximas permitidas pela Norma Geral Perda de Peso (%) Solos (TRB)
14 A-1. A-2-4, A-2-5, A-3 10 A-2-6, A-2-7, A-4, A-5
7 A-6, A-7
Fonte: LIMA et al. (1993c).
Para as misturas solo-cal são utilizados vários métodos de avaliação, podendo-se destacar: perda de peso por abrasão, absorção de água, velocidade de propagação de pulsos, variação de volume e medidas de resistência. Segundo Lima (1981) todos esses métodos possuem méritos, entretanto nenhum deles consegue satisfazer todas as necessidades.
Os fatores de maior influência na durabilidade de materiais estabilizados com cal são: a granulometria do solo, teor de cal e tempo de cura. E os fatores que mais afetam a integridade desses materiais são os fatores climáticos (variações de umidade e temperatura) e a ação dos esforços oriundos do tráfego que debilitam o pavimento por fadiga (MARCON, 1977).
O comportamento das misturas solo-cal em campo na maioria dos casos não é condizente com os resultados dos ensaios de durabilidade. Herrin e Mitchell (1967) citados por Lima (1981) relatam que os critérios estabelecidos para as misturas solo-cimento nos ensaios de durabilidade, indicam que as misturas solo-cal não resistem ao desgaste, deteriorando-se rapidamente durante a execução desses ensaios. Entretanto, os mesmos autores comentam que situações de trechos em serviço demonstram que quando protegidas de forma adequada por uma camada
betuminosa, as misturas se comportam de maneira mais eficiente que a previsão dos ensaios de durabilidade.
Em seu trabalho Marcon (1977) afirma que são consideradas como satisfatórias as misturas que apresentam um Coeficiente de Durabilidade (Cd) de ao
menos 80%. Tal critério vem sendo adotado por outros pesquisadores podendo citar Lovato (2004) e Thomé (1999).
Por tratar-se de um país com clima tropical, a maioria dos estudos realizados no Brasil para avaliação da durabilidade de solos estabilizados usam como base ensaios de molhagem-secagem. Nos itens a seguir é feita uma descrição sucinta de cada um dos tipos de ensaio mais conhecidos.
6.3.1 Método ABCP
O método adotado pela ABCP, conhecido como “Ensaio de durabilidade por molhagem e secagem”, serve para a determinação da perda de peso ou perda de massa por escovação de corpos de prova submetidos a ciclos de molhagem e secagem. O ensaio é realizado com corpos de prova submetidos a um período de cura em câmara úmida de sete dias, que após esse período são submetidos a ciclos molhagem-secagem e escovação.
Os ciclos duram 48 horas, sendo 5 horas de imersão em água e 42 horas de secagem em estufa a 71°C, com 1 hora de intervalo para escovação, pesagem e determinação do volume. Os ciclos são repetidos até o número de 12.
Dentre todos os métodos este é o mais utilizado, podendo citar as normas da
American Society for Testing and Materials - ASTM D559, LNEC E263-1972 e a norma
da ABNT, NBR 13554 que padronizam as etapas de execução do ensaio para esse método, sendo que a norma brasileira da ABNT se diferencia das outras apenas pelo número de ciclos.
Apesar do método ser aplicado principalmente na avaliação da durabilidade de misturas solo-cimento, Carvalho et al. (1992 apud SOLIZ, 2007) fizeram adaptações, no que diz respeito à duração de cada ciclo, para a avaliação da durabilidade de misturas solo-betume, e classificaram o procedimento como apropriado para a avaliação da durabilidade desse tipo de mistura.
Marcon (1977) utilizou o método na avaliação da durabilidade de misturas de areias estabilizadas com cal e cinza-volante, e verificou que um dos fatores que influenciam o desgaste excessivo de materiais estabilizados com cal é a temperatura
de secagem do ensaio. O autor explica que apesar de favorecer o ganho de resistência pelo desencadeamento das reações pozolânicas, a temperatura de 71°C não é aproveitada de maneira eficiente para tal fim, pois durante a secagem a água absorvida evapora e com isso a formação de compostos pozolânicos fica impedida (GUIMARÃES 2002).
Através da pesquisa realizada por Marcon (1977) é possível perceber a real agressividade do método para as misturas solo-cal. O autor adotou os mesmos critérios de perda de peso máxima para misturas solo-cimento (Tabela 2), e para as três misturas analisadas em sua pesquisa obteve os seguintes resultados:
A mistura 1 composta por 83% de areia (A-3), 4% de cal e 13% de cinza volante apresentou má durabilidade (aproximadamente 31% de perda de peso);
A mistura 2 composta por 83% de areia (A-3), 4% de cal, 13% de cinza volante e 1% de cimento não atendeu às exigências ultrapassando 0,8% da porcentagem máxima de perda permitida;
E a mistura 3 composta por 53% de areia (A-1-b), 4% de cal, 13% de cinza volante, 1% de cimento e 30% de brita que apresentou boa durabilidade (aproximadamente 5% de perda de peso).
6.3.2 Método Iowa
O método Iowa avalia a durabilidade das misturas através da perda de resistência causada por ciclos de molhagem-secagem. Este método proposto por Hoover et al. (1958 apud Marcon 1997) para avaliação da durabilidade de misturas estabilizadas com cal e cinza-volante, ensaia lotes mínimos de 6 corpos de prova, moldados com 5 centímetros de diâmetro por 5 centímetros de altura, curados em câmara úmida durante 14 dias.
Metade dos corpos-de-prova são submetidos a ciclos de molhagem e secagem enquanto a outra metade fica curando em câmara úmida. Os ciclos duram 48 horas, sendo 24 horas de imersão em água destilada e as outras 24 horas de secagem ao ar livre. Após o número desejado de ciclos, os corpos de prova submetidos aos ciclos de molhagem-secagem, e os curados normalmente em câmara úmida, são imersos por 24 horas e depois rompidos. A avaliação é feita com base no coeficiente de durabilidade dos corpos-de-prova ensaiados em relação aos corpos-de-prova não submetidos ao processo. Em sua pesquisa Marcon (1977) fez avaliações após 4, 8 e 12 ciclos, Lovato (2004) utilizou 6 ciclos como parâmetro de avalição em seus estudos e Thomé (1999) adotou 12 ciclos para as verificações de sua pesquisa.
Marcon (1977) verificou que à medida que se aumenta o número de ciclos o coeficiente de durabidade Cd da mistura diminui, e que apesar do processo conferir
certo ganho de resistência, este é inferior ao das misturas curadas em câmara úmida. Na avaliação do comportamento de um solo classificado como A-6 estabilizado com cal, Lovato (2004) verificou que a desintegração é gradual e contínua com a aplicação desse método, entretanto a intensidade desse desgaste depende do teor de cal utilizado. No estudo das propriedades de um solo classificado como A-4 estabilizado com cal de carbureto e cinza pesada, Thomé (1999) verificou que para misturas sem adição de cinza os valores de Cd não são satisfatórios, ou seja as reações que
possivelmente ocorreram são afetadas pelo processo de molhagem e secagem. Entretanto, todas as misturas contendo cinza pesada apresentaram boa durabilidade. O autor verificou também que o valor de Cdaumenta com o teor de cinza na mistura,
e que os efeitos da adição desse material se mantiveram após os ciclos de molhagem e secagem. Todos os autores acima citados adotaram 80% como valor mínimo do coeficiente de durabilidade.
Por ter sido desenvolvido para a avaliação da durabilidade de misturas estabilizadas com cal e cinza volante, não se encontram trabalhos que fazem uso desse método para avaliação da durabilidade de misturas solo-cimento. Apesar de não se tratar de um método de avaliação agressivo como o método da ABCP, os resultados obtidos para solos estabilizados somente com a adição de cal não são em sua maioria positivos.
6.3.3 Método proposto por Marcon
O método proposto por Marcon (1977) é realizado com corpos-de-prova curados por 90 dias e a avaliação da durabilidade também se dá por meio do coeficiente de durabilidade. Nesse método, metade de um lote, no mínimo, 6 corpos de prova são submetidos a ciclos de molhagem-secagem enquanto a outra metade permanece em câmara úmida.
O ensaio consiste em quatro períodos de secagem ao ar livre, sendo os três primeiros com duração de 13 dias e um último com duração de 12 dias, alternados com 3 períodos de molhagem que duram 13 dias cada um, iniciando com o primeiro período de secagem. Os corpos de prova que permaneceram em câmara úmida ao completarem 90 dias são imersos em água por 24 horas e rompidos na sequência.
Assim como o método de Iowa esse método foi proposto na avaliação da durabilidade de misturas estabilizadas com cal e cinza-volante. Bem como no método da ABCP o processo de secagem se mostra como um fator negativo para a durabilidade das misturas solo-cal. Marcon (1977) verificou que a duração prolongada dos períodos de secagem faz com que os corpos-de-prova percam muita umidade por evaporação, o que provavelmente favorece as reações de carbonatação, comprometendo as reações pozolânicas e consequentemente o ganho de resistência. Tal fato prevalece principalmente para misturas porosas, já que para misturas com porosidade reduzida o autor obteve resultados satisfatórios de durabilidade. Isso se explica pelo fato de que essas misturas percam água por evaporação de maneira mais lenta, dispondo de mais água para as reações. Não há registros da utilização desse método por outros pesquisadores.
6.4 CAPACIDADE DE SUPORTE DOS SOLOS PARA FINS
RODOVIÁRIOS
A resistência ou capacidade de suporte dos solos para fins rodoviários podem ser determinadas por meio de ensaios padronizados. Segundo Lima et al. (1993c) esses ensaios compreendem uma aproximação empírica ao problema de sobrepor camadas de revestimento, base, sub-base e reforço de subleito. Dentre os mais conhecidos pode se citar o Estabilômetro de Hveem, Métodos Triaxiais, Prova de Carga e o mais conhecido de todos, o Índice de Suporte Califórnia.
O ensaio para determinação do Índice de Suporte Califórnia - ISC ou Califórnia
Bearing Ratio - CBR, é o mais utilizado para obtenção de parâmetros para o
dimensionamento de pavimentos flexíveis, inclusive no Brasil (LIMA et al., 1993c). O ensaio consiste basicamente em se medir a resistência que os solos (corpos-de-prova) apresentam à penetração de um pistão com medidas padronizadas, após 4 dias de imersão, a uma velocidade pré-estabelecida. O processo de imersão por 96 horas, segundo Lima et al. (1993c) busca simular as condições mais desfavoráveis que podem ocorrer após a construção. De modo geral, o ensaio pode ser realizado de duas maneiras: moldando-se um corpo de prova com teor de umidade ótimo determinado através do ensaio de compactação, ou moldando-se mais de um corpo-de-prova, geralmente cinco, com vários teores de umidade para a obtenção simultânea dos parâmetros de compactação e valores de CBR.
Dentre as melhorias que a adição de cal e cimento proporciona, o aumento da capacidade de suporte dos solos é verificada e confirmada por diversos pesquisadores. Osinubi (1998 apud LOVATO, 2004) avaliando o comportamento de um solo laterítico, encontrou valores de ISC de 8 a 13% para o solo em seu estado natural e 75 a 90% para amostras com 8% de cal. Segundo o autor a adição de cal tornou favorável a utilização do solo em sub-base e até mesmo em base de rodovias de baixo volume de tráfego. Para um solo areno-siltoso classificado com A-2-4 (solo que também será analisado nessa pesquisa), Machado (2012) verificou um ganho de 68% no ISC com a adição de 4% de cal, passando de 25% para 42%. Prudente e Rezende (2005) analisando o comportamento de 3 tipos de solo laterítico argiloso classificados como A-7 também verificaram melhorias com a adição de vários teores de cal, tornando-os aptos para utilização como reforço de subleito, sub-base e até mesmo como base de pavimento. As autoras verificaram que apesar de possuírem classificação semelhante, o comportamento desses solos quando estabilizados é distinto devido a reatividade que cada um apresenta, e realçam a importância de análises químicas para a avaliação do desempenho que os solos apresentam quando estabilizados quimicamente. Para a estabilização de uma argila laterítica enquadrada na classificação TRB como A-5, Santos (2004) verificou um aumento nos valores do ISC com o aumento dos teores de cal, sendo que a adição de teores acima de 4% já seria suficiente para atingir valores de ISC próximos de 60%, tornando favorável o emprego do solo em camadas de base.
No que diz respeito a utilização do cimento como agente estabilizante pode-se citar o trabalho de Soares (2014) que avaliou os benefícios da utilização do cimento no melhoramento das características mecânicas de um pedregulho mal graduado com silte e areia da região de Mossoró-RN classificado com A-1-b. A autora constatou o que solo em seu estado puro já possuía boa capacidade de suporte (ISC = 59%), de forma que a adição de cimento proporcionou ganhos consideráveis para as misturas estudadas, atingindo 73,12% e 173,75% com a adição de 2% e 3% de cimento respectivamente, valores estes maiores do que o mínimo exigido por norma. Malanconi (2013) analisou o comportamento de quatro solos que não possuíam, em seu estado natural, capacidade de suporte satisfatória para constituir a estrutura de um pavimento. O autor verificou que a adição de 5% de cimento proporcionou melhorias consideráveis na capacidade de suporte das amostras satisfazendo as características mínimas para camada de sub-base (ISC > 40%). O mesmo autor
obteve resultados semelhantes utilizando a cal como agente estabilizante. Para um solo classificado como A-7-5 de acordo com o sistema TRB, Jurach (2012) verificou que a adição de 1% e 3% fizeram com que a capacidade de suporte do solo aumentasse de 10% para respectivamente 46% e 87% fazendo uso da energia de compactação Intermediária.
Avaliando os resultados obtidos por todos os autores acima citados é possível comprovar as melhorias que a adição de cal e cimento traz aos mais diversos tipos de solo, em especial o aumento da capacidade de suporte. Isso faz com que solos antes impróprios para fins rodoviários apresentem características satisfatórias para serem empregados como material constituinte das camadas que compõe a estrutura de um pavimento.
7 METODOLOGIA
7.1 MATERIAIS
7.1.1 Solos
Nesta pesquisa serão utilizados dois tipos de solo da cidade de Sinop-MT. Um solo (Solo 01) retirado da jazida de cascalho da Prefeitura Municipal próximo a MT 220 e nas proximidades do rio Teles Pires, entre a faixa de 0,40 a 2,00 m de profundidade, e outro (Solo 02) obtido do rebaixamento de via pública no bairro Jardim das Nações extraído entre 0,20 e 0,40 m de profundidade. As duas amostras foram extraídas no ano de 2013 e levadas ao Laboratório de Engenharia Civil do campus universitário de Sinop da UNEMAT. As características geotécnicas dos solos localização dos pontos de coleta pode ser visualizada respectivamente na Tabela 3 e na Figura 2.
Figura 2 - Localização dos pontos de coleta dos solos Fonte: Google Earth, 2014 (Adaptado)
Tabela 3 - Características dos solos 01 e 02
Características LL (%) IP IG Pedregulho (%) Areia Grossa (%) Areia Fina (%) Porcentage m de passante na peneira 200 (0,074 mm) Classe TRB Solo 01 NL NP 0 0,0 1,0 69,2 29,8 A-2-4 Solo 02 32,1 5,8 6,9 0,0 2,0 28,4 69,6 A-4 Fonte: Uieno (2011) 7.1.2 Estabilizantes
Será utilizada a cal hidratada, classificada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT (2003), como CH-III devido aos teores de óxidos não
hidratados presentes e às demais condições químicas e físicas exigidas da cal. O cimento utilizado para a realização dos ensaios será o Portland com adição de Pozolana, classificado como CP II - Z, pela ABNT (1991).
7.2 MÉTODOS
7.2.1 Ensaios Preliminares
Serão adotados os métodos de ensaios sugeridos pelas normas da ABNT e do DNIT, detalhados a seguir.
Para os dois solos serão utilizados os dados de caracterização geotécnica obtidos por Uieno (2011) apresentados na Tabela 3. O Solo 01 é classificado como A-2-4 (0) de acordo com a classificação Transportation Research Board System (TRB), e trata-se de uma areia siltosa com comportamento de excelente a bom para subleito. Para a estabilização com cal, serão utilizados os dados de teor ótimo de cal de acordo com os estudos de Machado (2012), e para a estabilização com cimento, serão utilizados os dados dos estudos feitos por Friozi e Crispim (2012) e Romanini et al. (2014).
O Solo 02 trata-se de um solo siltoso de comportamento sofrível a mau como subleito, classificado como A-4 (7) pela classificação TRB. Será utilizado o teor ótimo de cal determinado por Simioni (2011). O teor ótimo de cimento, assim como os teores de umidade e curvas de compactação para os dois solos serão fornecidos pelo projeto de pesquisa em andamento “Estabilização de Solos da Região Norte de Mato Grosso com cal e cimento” do Edital FAPEMAT PAPPE 002/2012.
As amostras de solos, para a confecção dos corpos-de-prova que serão utilizados na realização dos ensaios previstos para esta pesquisa, serão preparadas segundo a ABNT (1992b), sendo secas ao ar, destorroadas e passadas na peneira de malha quadrada de 4,8 mm (ABNT, 1986), armazenadas e identificadas em sacos plásticos com cerca de 2,5 kg de solo.
Após essa etapa, será adicionada à amostra a quantidade específica de aditivo obedecendo às proporções já estabelecidas na Tabela 4, misturando até que a coloração em toda massa esteja uniforme. Imediatamente após o preparo da mistura seca, será feita a adição de água em quantidade suficiente para se atingir a umidade ótima determinada através do ensaio de compactação (ABNT, 1992a), misturando os materiais de forma que se obtenha uma mistura úmida homogênea.
Tabela 4 - Teores de aditivos a serem utilizados
Solo Teor de Cal Teor de Cimento Solo 01 (Jazida de Cascalho) 4,0% 4,0%
Solo 02 (Jardim das Nações) 2,0% Pesquisa em andamento Fonte: Adaptado de Machado (2012), Friozi e Crispim (2012) e Simioni (2011)
A compactação das misturas será feita em um cilindro pequeno (cilindro de Proctor) utilizando a energia normal, em conformidade com a norma da ABNT (1992b). Serão aceitos como corpos-de-prova aptos para a realização dos ensaios aqueles que estiverem com grau de compactação entre 98% e 102% e umidade de moldagem no intervalo de ±0,5 ponto porcentual em torno da umidade ótima.
7.2.2 Ensaios de Absorção de Água
A absorção de água das misturas solo-cal e solo-cimento será analisada em duas condições: a absorção de água por capilaridade e por imersão. Os procedimentos a serem utilizados são indicados nos parágrafos a seguir.
A taxa de absorção de água por capilaridade dos corpos-de-prova será determinada de acordo com a ABNT (1995), sendo necessárias algumas adaptações para aplicação às misturas solo-cal e solo-cimento. Serão confeccionados 3 corpos- de-prova para cada período de cura, 7 e 28 dias, considerando a taxa de absorção como a média de 3 determinações.
Os corpos-de-prova inicialmente serão submetidos à secagem em estufa para atingirem massa constante. Em seguida resfriados ao ar até a temperatura de (23 ± 2) °C e a parte inferior lateral dos mesmos será impermeabilizada com parafina para que a absorção da água ocorra apenas pela área de sua base, conforme mostra a Figura 3.
Figura 3 - Impermeabilização da área lateral da base do corpo-de-prova. Fonte: Autoria própria
