UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DE UM SOLO RESIDUAL
GRANÍTICO ESTABILIZADO COM CIMENTO
Dissertação apresentada à Escola de Ciências e Tecnologia da Universidade de
Trás-os-Montes e Alto Douro para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia
Civil
Autor
Cláudia Andreia Cardoso Fernandes
Orientadores
Nuno Miguel Cordeiro Cristelo
Professor Auxiliar da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro
Paulo Alexandre Lopes Figueiredo Coelho
Professor Auxiliar da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
Vila Real, Dezembro de 2012
AGRADECIMENTOS
AGRADECIMENTOS
Quero de uma forma muito especial expor os meus mais profundos e sinceros
agradecimentos, tanto aos que contribuíram direta como indiretamente na concretização de
mais uma etapa da minha vida.
Ao professor Nuno Cristelo, pela orientação prestada ao longo da realização desta
Dissertação.
Ao professor Paulo Coelho, pela disponibilidade, compreensão e amizade demonstrada
durante o desenvolvimento deste trabalho.
Aos meus Pais, exemplo de seres humanos vencedores, pelos valores que sempre me
transmitiram, muito obrigado por serem meus Pais e tenham a certeza de que esta etapa que se
conclui seria impossível sem o vosso apoio e participação.
A ti pelo carinho, ajuda, incentivo e pela amizade transmitida nos momentos de maior
fragilidade. Sem sombra de dúvida uma pessoa esforçada e que sabe o que quer!
À Mónica Dias, por ter partilhado comigo também esta jornada, um muito obrigado.
Ao Laboratório de Geotecnia da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de
Coimbra, que me disponibilizou o equipamento para a realização de muitos ensaios que foram
levados a cabo nesta Dissertação.
Ao Departamento de Química da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, em
particular, à Lisete Fernandes, pela ajuda na realização das análises químicas e mineralógicas.
E por fim mas não menos importante, ao Sr. José, o meu muito obrigado pela paciência,
dedicação e disponibilidade manifestadas. Fica aqui, o meu respeito e grande admiração pela
capacidade profissional demonstrada e prestada por este amigo, é assim que o considero após
estes meses de convivência.
i
RESUMO
RESUMO
Nos últimos tempos tem-se assistido a uma crescente preocupação relativamente ao
aproveitamento de solos, devido ao elevado crescimento populacional, consequente ocupação
do solo e questões ambientais. Tal facto contribuiu decisivamente para o desenvolvimento de
técnicas de melhoramento e reforço de solos nas diversas aplicações de engenharia, em
particular das técnicas de melhoramento ou estabilização química de solos.
O presente trabalho pretende contribuir para o conhecimento relativamente a uma técnica
já há muito utilizada para fins rodoviários, mas agora analisando e quantificando os seus
benefícios no aproveitamento e melhoramento de solos com características particulares.
Assim, o estudo desenvolvido neste trabalho incide nas potencialidades do processo de
estabilização com cimento de um solo residual granítico, proveniente da zona de Guimarães.
Para o efeito, foi feita uma abordagem ao estado de arte no que respeita ao comportamento
e caracterização geotécnica do solo em estudo, bem como, aos métodos de estabilização de
solos, em particular da estabilização química com cimento, identificando e caracterizando os
fatores que afetam as propriedades dos solos estabilizados com cimento. Foi desenvolvido um
programa experimental que se apresenta em duas partes. Na primeira foi feita a caracterização
geotécnica do solo natural (não estabilizado) e na segunda foram desenvolvidos todos os
procedimentos laboratoriais inerentes ao processo de estabilização do solo residual granítico
por adição de cimento. No final foram quantificados os benefícios atingidos tendo por base o
método da estabilização por adição de cimento para perceber a influência de diferentes
parâmetros, nomeadamente do teor em água, da baridade seca, da percentagem de ligante e do
tempo de cura sobre as propriedades mecânicas do solo estabilizado.
Os resultados obtidos indicam que o uso de cimento para a estabilização do solo residual
estudado é um método que permite obter melhorias muito significativas na resistência à
compressão simples do solo. Para as dosagens estudadas, verificou-se que quanto maior a
percentagem de cimento, maior a resistência obtida. Como seria de esperar face à técnica
estudada, o tempo de cura também é fundamental no valor da resistência das misturas de solocimento. Verificou-se ainda que o comportamento mecânico das misturas solo-cimento
também é bastante influenciado pelo teor em água e peso volúmico seco das mesmas.
iii
ABSTRACT
ABSTRACT
In recent times, there has been a growing concern regarding the occupation rate of the
earth’s surface, due mainly to the high population growth, which requires the use of less
capable soils for construction purposes. This has decisively contributed to the development of
several techniques concerning the improvement and reinforcement of soils in various
engineering applications, with a significant focus on chemical stabilization.
The present work aims to contribute to the knowledge of a technique that has for long been
used for road purposes, but also analyzing and quantifying their benefits on the use and
improvement of soils with particular characteristics. So, the study here developed focuses on
the potential of the stabilization process, using cement, of a residual granitic soil, from the
area of Guimarães.
For this purpose, a state of the art review was initially made concerning the behavior and
geotechnical characterization of the studied soil, as well as the stabilization methods (in
particular,
the
chemical
stabilization
with
cement),
including
identification
and
characterization of the factors affecting the properties of soils stabilized with cement. An
experimental program, divided in two parts, was developed. In the first part, a geotechnical
characterization of the natural soil (unstabilized) was made and in the second part, all the
laboratory procedures inherent to the process of residual granitic soil stabilization by
addiction of cement were developed. At the end, the benefits were quantified in order to
understand the relative influence of different parameters, specifically the moisture content, the
dry density, the cement percentage and cure time on the mechanical properties of the
stabilized soil.
The results show that the use of cement for the stabilization of this particular soil allows
very significant strength improvements. For the studied dosages, it was found that the higher
the percentage of cement used, the greater the strength obtained. As would be expected,
taking into account the studied technique, the cure time is also essential on the resistance
value of soil-cement mixtures. It was verified that the mechanical behavior of soil-cement
mixtures is also very influenced by the moisture content and by the dry volume weight of
those mixtures.
v
ÍNDICE DE TEXO
ÍNDICE DE TEXTO
AGRADECIMENTOS ........................................................................................................... i
RESUMO ..............................................................................................................................iii
ABSTRACT........................................................................................................................... v
ÍNDICE DE TEXTO ........................................................................................................... vii
ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................................ xi
ÍNDICE DE QUADROS ..................................................................................................... xv
SIMBOLOGIA .................................................................................................................. xvii
ABREVIATURAS.............................................................................................................. xix
1 - INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 1
1.1 - Enquadramento .............................................................................................................. 1
1.2 - Objetivos........................................................................................................................ 2
1.3 - Organização da dissertação ........................................................................................... 2
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................... 5
2.1 - Considerações gerais ..................................................................................................... 5
2.2 - Caracterização geológica-geotécnica de um solo residual granítico ............................. 6
2.2.1 - Processo de formação e composição ...................................................................... 6
2.2.2 - Estrutura e plasticidade dos solos residuais............................................................ 8
2.2.3 - Compressibilidade dos solos residuais ................................................................... 9
2.2.4 - Resistência ao corte dos solos residuais ................................................................. 9
2.3 - Estabilização de solos .................................................................................................. 12
2.3.1 - Necessidade de recorrer à estabilização de solos ................................................. 12
2.3.2 - Métodos de estabilização de solos ........................................................................ 13
2.3.2.1 - Estabilização mecânica ..................................................................................... 13
2.3.2.2 - Estabilização física ............................................................................................ 14
2.3.2.3 - Estabilização química ........................................................................................ 14
2.4 - Interações físico-químicas do processo de estabilização química de um solo ............ 15
2.4.1 - Reações pozolânicas e de hidratação .................................................................... 16
2.4.2 - Troca iónica .......................................................................................................... 17
vii
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
2.5 - Estabilização química com cimento............................................................................ 18
2.5.1 - Tipo de misturas de solo e cimento...................................................................... 18
2.5.2 - Especificações para o solo a ser tratado ............................................................... 19
2.5.3 - Fatores com influência nas propriedades das misturas de solo e cimento ........... 19
2.5.3.1 - Propriedades físico-químicas do solo ............................................................... 19
2.5.3.2 - Teor em cimento ............................................................................................... 20
2.5.3.3 - Porosidade da mistura ....................................................................................... 21
2.5.3.4 - Teor em água da mistura compactada .............................................................. 22
2.5.3.5 - Condições de cura ............................................................................................. 23
2.5.3.6 - Tempo de cura .................................................................................................. 24
2.6 - Ensaios utilizados para avaliação do comportamento mecânico do solo estabilizado
quimicamente ........................................................................................................................... 25
2.6.1 - Compressão simples............................................................................................. 25
2.6.2 - Análise da microestrutura e composição do solo estabilizado............................. 26
2.6.2.1 - Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM) ................................................. 26
2.6.2.2 - Difração por Raios X ........................................................................................ 28
2.6.2.3 - Espectrometria de Dispersão de Energia (EDS) ............................................... 29
2.7 - Parâmetros utilizados para avaliar a eficácia das misturas solo-cimento ................... 29
2.7.1 - Razão água/cimento ............................................................................................. 29
2.7.2 - Razão vazios/cimento .......................................................................................... 30
2.8 - Aplicabilidade da técnica estabilização com cimento ................................................ 34
3 - CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO SOLO NATURAL .................................. 37
3.1 - Consideração iniciais .................................................................................................. 37
3.2 - Ensaios de caracterização e identificação do solo ...................................................... 37
3.2.1 - Propriedades físicas ............................................................................................. 37
3.2.1.1 - Teor em água .................................................................................................... 37
3.2.1.2 - Densidade das partículas sólidas ...................................................................... 38
3.2.2 - Características de identificação ............................................................................ 38
3.2.2.1 - Composição mineralógica ................................................................................ 39
3.2.2.2 - Composição química ........................................................................................ 41
3.2.2.3 - Teor em matéria orgânica ................................................................................. 42
3.2.2.4 - Análise granulométrica ..................................................................................... 43
viii
ÍNDICE DE TEXO
3.2.2.5 - Limites de consistência ..................................................................................... 46
3.3 - Classificação do solo ................................................................................................... 48
3.4 - Determinação do teor ótimo de humidade................................................................... 49
3.5 - Considerações Finais ................................................................................................... 50
4 - ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL .................................................................. 53
4.1 - Considerações iniciais ................................................................................................. 53
4.2 - Metodologia laboratorial ............................................................................................. 54
4.2.1 - Descrição dos materiais e equipamentos .............................................................. 54
4.2.1.1 - Solo natural ....................................................................................................... 54
4.2.1.2 - Ligante ............................................................................................................... 54
4.2.1.3 - Equipamento...................................................................................................... 54
4.2.1.4 - Moldes ............................................................................................................... 55
4.2.2 - Ponderação da quantidade dos vários componentes ............................................. 56
4.2.2.1 - Moldagem dos pontos analisar .......................................................................... 56
4.2.2.2 - Obtenção das quantidades dos vários componentes das misturas ..................... 59
4.2.3 - Preparação das amostras ....................................................................................... 60
4.2.3.1 - Tratamento prévio do solo natural .................................................................... 60
4.2.3.2 - Preparação das misturas .................................................................................... 61
4.2.3.3 - Compactação ..................................................................................................... 63
4.2.3.4 - Cura dos provetes .............................................................................................. 63
4.2.4 - Avaliação da resistência dos provetes .................................................................. 65
4.2.4.1 - Controle dos provetes ........................................................................................ 65
4.2.4.2 - Velocidade de deformação do ensaio ................................................................ 66
4.2.4.3 - Ensaio de compressão simples .......................................................................... 66
4.2.5 - Considerações finais ............................................................................................. 70
4.3 - Análise da composição e microestrutura do solo ........................................................ 72
4.3.1 - Caracterização mineralógica por difração de raios X (DRX) .............................. 72
4.3.2 - Microscopia eletrónica de varrimento (SEM/EDS) ............................................. 74
5 - APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS ............................. 77
5.1 - Considerações iniciais ................................................................................................. 77
5.2 - Ensaios de compressão simples ................................................................................... 79
5.2.1 - Influência do tempo de cura ................................................................................. 79
ix
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
5.2.2 - Influência do teor em cimento ............................................................................. 82
5.2.3 - Influência do teor em água ................................................................................... 89
5.2.4 - Influência da baridade seca .................................................................................. 94
5.3 - Análise da microestrutura e composição .................................................................... 98
5.3.1 - Microestrutura e composição química do solo estabilizado (SEM/EDS) ............ 98
5.3.1.1 - Influência do tempo de cura ............................................................................. 98
5.3.1.2 - Influência do teor em ligante .......................................................................... 102
5.3.1.3 - Influência do teor em água.............................................................................. 104
5.3.2 - Análise mineralógica ......................................................................................... 108
6 - CONSIDERAÇÕES FINAIS ....................................................................................... 111
6.1 - Principais conclusões ................................................................................................ 111
6.2 - Trabalhos futuros ...................................................................................................... 113
7 - BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 115
x
ÍNDICE DE FIGURAS
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 - Perfil típico de um solo residual (Fernandes, 2006) ............................................... 7
Figura 2.2 - Fotografia com microscópia binocular de um solo residual do granito, onde é
possível observar a sua estrutura cimentada (Fernandes, 2006; adaptado de
Fonseca, 1988) ......................................................................................................... 9
Figura 2.3 - Curvas envolventes de rotura típicas de solos residuais em condições saturadas Tensões efetivas, por Vargas em 1971 (Fonseca, 1988) ....................................... 10
Figura 2.4 - Curvas envolventes de rotura típicas de solos residuais em condições não
saturadas-Tensões totais, por Vargas em 1971 (Fonseca, 1988) ........................... 10
Figura 2.5 - Agente estabilizador a utilizar em função do tipo de solo (Little, 1995; adaptado
de Cruz e Jalali, 2008) ........................................................................................... 15
Figura 2.6 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento (Consoli et
al., 2007) ................................................................................................................ 21
Figura 2.7 - Variação da resistência à compressão simples com a porosidade (Consoli et al.,
2007) ...................................................................................................................... 22
Figura 2.8 - Efeito do teor de humidade na resistência à compressão simples (Consoli et al.,
2007) ...................................................................................................................... 23
Figura 3.1 - Difratograma relativo ao solo natural ................................................................... 40
Figura 3.2 - Imagens do solo natural obtidas por microscópio ótico ....................................... 40
Figura 3.3 - Espetro da composição química do solo natural obtido por EDS ........................ 41
Figura 3.4 - Imagens SEM do solo natural obtidas por microscópio de varrimento ................ 42
Figura 3.5 - Material retido em cada peneiro ........................................................................... 45
Figura 3.6 - Curva granulométrica do solo em estudo ............................................................. 45
Figura 4.1 - Algum equipamento laboratorial utilizado: a) Prensa com capacidade de carga de
600 KN; b) Misturadora da marca Sammic, modelo BM II (potência de 550W) . 55
Figura 4.2 - Pontos de moldagem para o solo: misturas de cimento ........................................ 56
Figura 4.3 - Preparação do solo natural para posterior realização das misturas com cimento: a)
Secagem; b) Desagregação dos torrões; c) Peneiração.......................................... 61
Figura 4.4 - Principais procedimentos na preparação das misturas: a) Pesagem do solo; b)
Pesagem da água; c) Preparação da homogeneização da mistura ......................... 62
Figura 4.5 - Principais procedimentos na preparação das misturas: a) Primeiro envolvimento
do solo com o cimento; b) Mistura homogeneizada; d) Repartição da amostra em
três partes iguais .................................................................................................... 63
xi
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Figura 4.6 - Desmoldagem dos provetes: a) Provete após compactação; b), c), d)
Desmoldagem; e) Aspeto visual do provete após desmoldagem .......................... 64
Figura 4.7 - Provetes armazenados em câmara húmida ........................................................... 65
Figura 4.8 - Ensaio de compressão simples a provetes com 1 dia: a) 5% Cimento, b) 10%
Cimento ................................................................................................................. 67
Figura 4.9 - Ensaio de compressão simples a provetes com 3 dias: a) 5% Cimento, b) 7,5%
Cimento ................................................................................................................. 68
Figura 4.10 - Ensaio de compressão simples a provetes com 7 dias: a) 5% Cimento, b) 10%
Cimento ................................................................................................................. 68
Figura 4.11 - Ensaio de compressão simples a provetes com 30 dias: a) 7,5% Cimento, b)
10% Cimento......................................................................................................... 69
Figura 4.12 - Aspeto visual de provetes com 60 dias depois sujeitos a ensaio de compressão
simples: a) 7,5% Cimento, b) 10% Cimento ......................................................... 69
Figura 4.13 - Ensaio de compressão simples a provetes com 90 dias: a) 5% Cimento, b) 10%
Cimento ................................................................................................................. 70
Figura 4.14 - Aspeto visual dos provetes antes do ensaio de compressão simples.................. 71
Figura 4.15 -Forma de rotura dos provetes: a) Provete com 1 dia; b), c) Provetes com 30 dias;
d) Provete com 60 dias .......................................................................................... 71
Figura 4.16 - Equipamento de difração por Raios X: a) Imagem exterior do equipamento; b)
Interior do equipamento ........................................................................................ 73
Figura 4.17 - Amostra no porta amostras padrão, para posterior realização da difração por
Raios X .................................................................................................................. 73
Figura 4.18 - Microscópio Eletrónico de Varrimento (SEM/EDS) ......................................... 74
Figura 4.19 - Amostras no interior da câmara para posterior realização da análise (SEM/EDS)
............................................................................................................................... 75
Figura 5.1 - Evolução da resistência à compressão simples com o tempo de cura para o ponto
de moldagem A1 ................................................................................................... 79
Figura 5.2 - Evolução da resistência à compressão simples com o tempo de cura para o ponto
de moldagem B1 ................................................................................................... 80
Figura 5.3 - Evolução da resistência à compressão simples com o tempo de cura para o ponto
de moldagem B2 ................................................................................................... 80
Figura 5.4 - Evolução da resistência à compressão simples com o tempo de cura para o ponto
de moldagem B3 ................................................................................................... 81
Figura 5.5 - Evolução da resistência à compressão simples com o tempo de cura para o ponto
de moldagem C1 ................................................................................................... 81
xii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 5.6 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento para o
ponto de moldagem A1.......................................................................................... 83
Figura 5.7 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento para o
ponto de moldagem B1 .......................................................................................... 83
Figura 5.8 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento para o
ponto de moldagem B2 .......................................................................................... 84
Figura 5.9 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento para o
ponto de moldagem B3 .......................................................................................... 84
Figura 5.10 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento para o
ponto de moldagem C1 .......................................................................................... 85
Figura 5.11 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas
misturas com 1 dia ................................................................................................. 86
Figura 5.12 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas
misturas com 3 dias ............................................................................................... 86
Figura 5.13 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas
misturas com 7 dias ............................................................................................... 87
Figura 5.14 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas
misturas com 30 dias ............................................................................................. 87
Figura 5.15 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas
misturas com 60 dias ............................................................................................. 88
Figura 5.16 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas
misturas com 90 dias ............................................................................................. 88
Figura 5.17 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas
misturas com 1 dia ................................................................................................. 90
Figura 5.18 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas
misturas com 3 dias ............................................................................................... 90
Figura 5.19 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas
misturas com 7 dias ............................................................................................... 91
Figura 5.20 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas
misturas com 30 dias ............................................................................................. 91
Figura 5.21 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas
misturas com 60 dias ............................................................................................. 92
Figura 5.22 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas
misturas com 90 dias ............................................................................................. 92
Figura 5.23 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas
com 1 dia................................................................................................................ 94
xiii
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Figura 5.24 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas
com 3 dias ............................................................................................................. 95
Figura 5.25 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas
com 7 dias ............................................................................................................. 95
Figura 5.26 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas
com 30 dias ........................................................................................................... 96
Figura 5.27 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas
com 60 dias ........................................................................................................... 96
Figura 5.28 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas
com 90 dias ........................................................................................................... 97
Figura 5.29 - Imagens da mistura C3_(A1): a) Obtida recorrendo a microscópio ótico; b), c) e
d)Imagens SEM obtidas por microscópio de varrimento ...................................... 98
Figura 5.30 - Imagens da mistura C30_(A1): a) Obtida recorrendo a microscópio ótico; b), c)
e d) Imagens SEM obtidas por microscópio de varrimento .................................. 99
Figura 5.31 - Espetro da composição química da mistura C3_(A1) com 3 dias de cura, obtido
por EDS ............................................................................................................... 100
Figura 5.32 - Espetro da composição química da mistura C30_(A1) com 30 dias de cura,
obtido por EDS .................................................................................................... 101
Figura 5.33 - Imagens da mistura A30_(A1): a) Obtida recorrendo a microscópio ótico; b), c)
e d) Imagens SEM obtidas por microscópio de varrimento ................................ 102
Figura 5.34 - Espetro da composição química da mistura A30_(A1) com 30 dias de cura,
obtido por EDS .................................................................................................... 103
Figura 5.35 - Imagens da mistura C30_(B1): a) Obtida recorrendo a microscópio ótico; b), c)
e d) Imagens SEM obtidas por microscópio de varrimento ................................ 104
Figura 5.36 - Imagens da mistura C30_(B3): a) Obtida recorrendo a microscópio ótico; b), c)
e d) Imagens SEM obtidas por microscópio de varrimento ................................ 105
Figura 5.37 - Espetro da composição química da mistura C30_(B1) com 30 dias de cura,
obtido por EDS .................................................................................................... 106
Figura 5.38 - Espetro da composição química da mistura C30_(B3) com 30 dias de cura,
obtido por EDS .................................................................................................... 107
Figura 5.39 - Comparação entre os difratogramas do solo natural e as misturas em análise 108
Figura 5.40 - Ampliação do difratograma da Figura 5.39 ..................................................... 109
xiv
ÍNDICE DE QUADROS
ÍNDICE DE QUADROS
Quadro 3.1 - Composição granulométrica do solo em estudo .................................................. 45
Quadro 3.2 - Resultados obtidos para os limites de consistência do solo em estudo ............... 48
Quadro 3.3 - Parâmetros de análise da curva granulométrica do solo em estudo .................... 48
Quadro 3.4 - Valores ótimos obtidos no Proctor Normal para o solo em estudo ..................... 49
Quadro 3.5 - Resumo dos resultados de caracterização e identificação do solo em estudo ..... 51
Quadro 4.1 - Valores da baridade seca e teor em água para cada ponto de moldagem............ 57
Quadro 4.2 - Identificação das misturas a realizar ................................................................... 58
Quadro 4.3 - Parâmetros e respetivos pontos de moldagem em estudo em ambas as análises 72
Quadro 5.1 - Resumo dos valores obtidos em laboratório para o solo estabilizado ................. 78
Quadro 5.2 - Média da resistência de cada teor em água para cada tempo de cura ................. 93
xv
SIMBOLOGIA
SIMBOLOGIA
a
Al
Al2O3
aw
C
Ca
CaO
Cc
Ce
Cev
C-H
C-S-H
Cu
D10
- Massa de água
- Alumínio
- Óxido de Alumínio
- Teor em cimento (definido como a razão entre as massas secas de ligante e de solo)
- Teor em cimento (expresso em relação à massa de solo seco)
- Cálcio
- Óxido de cálcio
- Coeficiente de curvatura
- Massa de cimento
- Teor em cimento volumétrico expresso em relação ao volume total da amostra
- Hidróxido de cálcio
- Silicato de cálcio hidratado
- Coeficiente de uniformidade
- Diâmetro efetivo, dimensão abaixo da qual se situam 10 % em peso das partículas do
solo
D30
- Diâmetro abaixo do qual se situam 30 % em peso das partículas do solo
D60
- Diâmetro abaixo do qual se situam 60 % em peso das partículas do solo
Fe
- Ferro
Gs
- Densidade das partículas sólidas
IP
- Índice de plasticidade
K
- Potássio
LL
- Limite de liquidez
LP
- Limite de plasticidade
Mg
- Magnésio
MH - Silte com alta plasticidade
ML
- Silte com baixa plasticidade
Na
- Sódio
OM - Teor em matéria orgânica
Phum - Massa do provete húmido
Ps
- Massa do provete seco
PVC - Policloreto de Vinilo
Pw
- Massa de água
qu, qumáx - Resistência à compressão não confinada
S
- Enxofre
Si
- Silício
SiO2 - Dióxido de Silício
SO3 - Óxido ou trióxido de enxofre (o teor em sulfatos é expresso em % de SO3)
Ti
- Titânio
xvii
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Vce
Vv
w
wót
𝛾𝑑
xviii
- Volume de cimento
- Volume de vazios
- Teor em água
- Teor ótimo em água
- Peso volúmico seco
ABREVIATURAS
ABREVIATURAS
ASTM – American Society for Testing and Materials
BS
– British Standards
EDS – Espectrometria de Dispersão de Energia (do inglês: Energy dispersive spectroscopy)
EN
– Norma Europeia
FCTUC – Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil
NP
– Norma Portuguesa
SEM – Microscopia Eletrónica de Varrimento (do inglês: Scanning electron microscopy)
UCS – Ensaio de compressão não confinada (do inglês: Uniaxial Compressive Strength)
XRD – Difração por Raios X (do inglês: X-ray Diffraction)
xix
INTRODUÇÃO
1 - INTRODUÇÃO
1.1 - ENQUADRAMENTO
Tendo em conta a expansão, quer social, quer industrial dos últimos tempos, desencadeouse um notável desenvolvimento da construção, concretamente das técnicas de construção,
sendo de destacar as técnicas de melhoramento e reforço de solos, pois estas possibilitam a
ocupação de novas áreas de solo, caracterizadas por fracas propriedades geotécnicas (baixa
resistência e elevada deformabilidade).
Os solos do Norte de Portugal são maioritariamente graníticos, com uma baixa fração de
argila, composta principalmente por caulinite (Fonseca,1988), portanto não são adequados a
serem utilizados para construção em terra sem estabilização. Este tipo de solo não possui
coesão suficiente que permita a sua viabilidade na referida aplicação, daí a necessidade de
melhorar o solo original. Contudo a baixa atividade do mesmo não favorece o uso da cal, o
que obriga a recorrer a outro tipo de componente químico.
Uma escolha óbvia seria o cimento. No entanto, o processo de estabilização com cimento
deste tipo de solo, ainda não está completamente compreendido, pois poucos estudos têm sido
publicados e os poucos que existem são para aplicações rodoviárias e ferroviárias (Cruz et al.,
2011; Rios et al., 2011; Silva, 2011).
A estabilização dos solos é um processo mais recente, que tem como finalidade obter dos
solos um melhor comportamento mecânico, uma melhor coesão, reduzir a porosidade,
aumentando a impermeabilidade, e reduzir a erosão provocada pelo vento e chuva. Os
estabilizantes mais utilizados são o cimento e a cal (Marques, 2002).
Tendo como base os seguintes conceitos: solo residual granítico, reutilização e
estabilização química com ligantes, surge este trabalho de investigação, inserido num projeto
mais vasto que envolve a Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, a Universidade do
Minho e a Universidade de Coimbra.
1
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
1.2 - OBJETIVOS
Esta Dissertação de Mestrado tem como objetivo contribuir para um melhor conhecimento
e compreensão do comportamento mecânico de um solo residual granítico estabilizado com
cimento. Pretende-se assim, quantificar os benefícios alcançados com a estabilização química
e otimizar o processo de estabilização de solos residuais graníticos.
Para o efeito, o trabalho que se apresenta visa a caracterização geotécnica do solo residual
granítico, típico do Norte de Portugal, bem como a caracterização geotécnica e estrutural da
sua mistura com cimento. Os principais objetivos deste estudo são:

Identificar as principais variáveis no desenvolvimento da resistência da mistura de
solo-cimento;

Avaliação da influência do teor em cimento e do tempo de cura na resistência à
compressão simples;

Influência do teor em água sobre a resistência à compressão simples do solo
estabilizado com cimento;

Influência do peso volúmico seco sobre a resistência à compressão simples do solo
estabilizado com cimento.
1.3 - ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO
O solo utilizado foi recolhido perto das instalações da Universidade do Minho, em
Guimarães. Foi definido um programa experimental, constituído por duas partes. Uma
primeira parte em que foi feita uma caracterização geotécnica do solo natural, tendo sido este
submetido a ensaios para análise da granulometria, dos limites de consistência e dos
parâmetros de compactação. Foi também feita uma caracterização adicional através de
Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM), acompanhada da técnica designada por
Espectrometria de Dispersão de Energia (EDS) e análise por Difração de Raios X (DRX).
Para ser possível obter imagens que permitam visualizar os aspetos da microestrutura do
material e fazer a identificação qualitativa e semiquantitativa dos elementos químicos
presentes no mesmo, bem como, a sua caracterização mineralógica.
2
INTRODUÇÃO
Na segunda parte é colocado em prática o processo de estabilização com cimento, sendo
aqui descritas todas as técnicas de moldagem e cura das amostras, bem como, os ensaios de
compressão simples, utilizados para avaliar a resistência mecânica do solo estabilizado. Nesta
fase, foi também realizada a caracterização adicional do solo estabilizado, como forma de
avaliar a influência de alguns parâmetros, tendo por base, as técnicas já utilizadas na análise
do solo natural.
Como tal, a presente dissertação está organizada em 6 Capítulos, sendo o primeiro dos
quais constituído pela presente introdução.
A revisão bibliográfica, que incorpora o Capitulo 2, apresenta estudos já elaborados
relativamente à técnica de estabilização de solos, bem como, alguns conceitos inerentes ao
assunto em estudo e sua envolvente.
O Capítulo 3 diz respeito à metodologia laboratorial da caracterização do solo natural,
onde os ensaios são apresentados e o solo em estudo caracterizado.
No Capítulo 4 é desenvolvido todo o trabalho laboratorial referente ao melhoramento do
solo com cimento, sendo apresentados os equipamentos utilizados, o método de preparação
das amostras, o processo de cura e os ensaios a que estas foram sujeitas. Este também
apresenta todos os trabalhos relativos à caracterização do solo estabilizado, com recurso à
Microscopia Eletrónica de Varrimento acompanhada da técnica de Espectrometria de
Dispersão de Energia e à Difração por Raios X.
No Capítulo 5 são apresentados e discutidos os resultados do trabalho experimental. São
realizadas várias representações gráficas para avaliar a resistência à compressão simples em
função do tempo de cura, teor em cimento, teor em água e baridade seca das misturas solocimento. São apresentados também os resultados da análise da microestrutura e composição
do solo-cimento.
Por fim, no Capítulo 6 serão resumidas as principais conclusões recolhidas ao longo do
trabalho e serão apresentadas algumas propostas de continuidade e de desenvolvimento do
trabalho efetuado.
3
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 - CONSIDERAÇÕES GERAIS
De acordo com Woodward (2005), citado por Cristelo (2009), o solo natural constituí um
material complexo que varia de acordo com a sua localização. No entanto, devido ao seu
baixo custo e universalidade, tem uma elevada utilidade como material de engenharia. Não é
invulgar que o solo de um determinado local não cumpra, total ou parcialmente, os requisitos
necessários para ser usado como material de engenharia. Nesse caso, uma decisão tem de ser
tomada em relação à solução mais adequada para cada situação:

Aceitar o material original e ajustar o projeto às restrições por ele impostas;

Remover o solo do seu local original e substitui-lo por material de qualidade
superior;

Alterar as propriedades do solo original de forma a criar um material capaz de
satisfazer os requisitos do projeto.
Esta última possibilidade é usualmente designada por estabilização de solos.
O desenvolvimento desta técnica resultou do elevado crescimento populacional e
consequente avanço da tecnologia, ocorrendo assim uma maior ocupação do solo. Tornandose por vezes esta ocupação do solo um desafio para o ato de engenharia, devido às fracas
características geotécnicas do solo a ocupar.
São várias as técnicas de melhoramento e reforço atualmente existentes, podendo
simplesmente serem agrupadas em técnicas de melhoramento e técnicas de reforço (Cardoso,
1987, cit in Correia 2011). As primeiras, também muitas vezes designadas de estabilização,
dizem respeito à alteração de pelo menos uma das propriedades intrínsecas do solo, podendo o
efeito do tratamento do solo ser, temporário ou permanente, e de natureza química, física, ou
mecânica. Neste grupo encontram-se técnicas como as injeções, o aquecimento ou a
congelação, os drenos verticais, a compactação, a pré-carga, etc. Já nas técnicas de reforço de
um solo, o efeito é essencialmente estrutural, uma vez que são introduzidos no solo
determinados elementos resistentes que, dadas as suas características, tornam possível que o
5
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
maciço suporte solicitações às quais por si só não está habilitado a resistir. Neste grupo
incluem-se as técnicas de pregagens, ancoragens, estacas, etc. (Correia, 2011).
A técnica de melhoramento ou estabilização química de um solo, tendo em conta o
aproveitamento do mesmo, será assunto a destacar neste estudo, sendo feita a apresentação de
alguns conceitos e fenómenos nas secções seguintes de modo a fazer um enquadramento do
estudo em causa.
Inicia-se o Capítulo pela apresentação das características geológicas e geotécnicas do solo
a aproveitar, solo residual granítico, oriundo do Norte de Portugal, é feita também uma breve
explicação da técnica em estudo e o porquê do seu uso. Seguindo-se uma descrição dos
fenómenos envolvidos no processo de estabilização química com ligante de um solo, bem
como, os fatores e parâmetros que influenciam quer a mistura, quer o material resultante,
tendo em conta alguns estudos efetuados até a data.
2.2 - CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA-GEOTÉCNICA DE UM SOLO RESIDUAL
GRANÍTICO
Em parte significativa do Norte de Portugal, em particular nas regiões de Entre Douro e
Minho e na Beira Alta, as formações geológicas predominantes são as rochas graníticas.
Cidades como o Porto, Braga, Guimarães e Viseu encontram-se literalmente fundadas em
solos residuais do granito (Fernandes, 2006).
2.2.1 - PROCESSO DE FORMAÇÃO E COMPOSIÇÃO
Fonseca (1988), define solos residuais, como sendo aqueles que resultam da decomposição
"in situ" das rochas que lhe são originárias. O autor realça que, decomposição, significa uma
transformação gradual por fragmentação e alteração química da rocha mãe, resultando um
solo constituído por cristais, microcristais e fragmentos da rocha mais ou menos alterada.
Como refere Townsend (1985) e exposto por Fonseca (1988), solos residuais graníticos são
solos resultantes de ações químicas ou térmicas no tempo e, por isso, dependem dos fatores
climáticos, materiais de origem, topografia e condições de drenagem e idade.
6
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
Segundo Vargas (1971), (em Fonseca, 1988), no produto de decomposição da rocha,
temos: fragmentos da rocha que resistem ao processo; cristais de quartzo (SiO2) também
resistentes e que se destacam da rocha original; minerais de argila (caulinite, haloisite e
montmorilonite) provenientes das reações que atacam os feldspatos, feldspatoides e micas da
rocha original e elementos acidentais precipitados, dos quais salienta-se a gibsite e a limonite,
cuja presença condiciona muito as propriedades geotécnicas do solo.
O autor refere ainda que a cada um destes elementos corresponde uma dimensão estatística
das partículas. Assim, aos fragmentos da rocha correspondem diâmetros de grãos maiores que
2 mm (peneiro ASTM n.º 10), aos cristais de quartzo, correspondem diâmetros entre 2 e 0,02
mm, aos cristais de argilas corresponde, um diâmetro inferior a 0,002 mm, sendo a faixa
compreendida entre 0,02 e 0,002 mm, preenchida pelos elementos de natureza acidental. Não
fazem parte desta organização, as palhetas de mica, de comprimento e espessura aleatórias, as
concreções de limonite (óxidos de ferro hidratados) e outros cristais esporádicos.
A Figura 2.1 realça um perfil típico de um maciço rochoso, com zona superficial alterada e
com recobrimento de solos residuais.
Figura 2.1 - Perfil típico de um solo residual (Fernandes, 2006)
7
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
A meteorização do granito em climas temperados não implica em regra uma modificação
da estrutura original do maciço rochoso. Para os solos residuais que no essencial conservam a
estrutura da rocha-mãe são normalmente usados os termos arenas ou saprólitos,
correspondentes à tradução dos termos usados nas literaturas francesa e inglesa,
respetivamente, arène e saprolite (Fernandes, 2006).
2.2.2 - ESTRUTURA E PLASTICIDADE DOS SOLOS RESIDUAIS
Fernandes (2006) salienta o facto de este tipo de solos apresentar uma estrutura
particularmente interessante, pois sendo solos de granulometria muito extensa, as partículas
não têm uma distribuição espacial uniforme. É composto por uma estrutura primária, formada
pelas partículas mais grossas, em geral os grãos de quartzo, enquanto as partículas finas
formam pontes ou ligações cimentícias nos pontos de contacto dos grossos. Aquelas podem
corresponder a ligações da antiga rocha não destruídas ou a outras reconstruídas no âmbito do
processo químico de decomposição da rocha. Diz-se então que estes solos apresentam
estrutura cimentada (Figura 2.2).
O mesmo autor afirma que a fração de argila presente neste tipo de solo é reduzida, sendo
os minerais desta pouco ativos, sendo assim, em geral os solos residuais graníticos são solos
pouco plásticos ou mesmo, nos casos em que a alteração química não se encontra muito
avançada, não-plásticos.
Designam-se por não-plásticos os solos em relação aos quais não é possível a determinação
dos limites de Atterberg (NP-143, 1969).
8
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
Figura 2.2 - Fotografia com microscópia binocular de um solo residual do granito, onde é possível
observar a sua estrutura cimentada (Fernandes, 2006; adaptado de Fonseca, 1988)
2.2.3 - COMPRESSIBILIDADE DOS SOLOS RESIDUAIS
Estes solos apresentam uma baixa variação de índice de vazios, por unidade logarítmica de
pressões aplicadas, antes de uma determinada pressão (a chamada tensão de préconsolidação), sendo muito maior depois da mesma. Esta existência de tensão de préconsolidação não pode ser explicada da forma convencional. Esta tensão poderá ter origem na
estrutura do esqueleto grosso, constituído por fragmentos de rocha sã alterada de diâmetro
maior que 2 mm e grãos de areia, cristais de quartzo, de diâmetro entre 50 µm e 2 mm.
Atingida a tensão de pré-consolidação "virtual" o esqueleto deixa de se deformar só por si,
passando a comprimir-se em conjunto com a matriz argilosa (Fonseca, 1988).
2.2.4 - RESISTÊNCIA AO CORTE DOS SOLOS RESIDUAIS
Vargas (1971), cit in Fonseca (1988), apresentou alguns estudos para tal resistência, tendo
como base curvas envolventes de Mohr de amostras cilíndricas de solo residual saturado, nas
três condições clássicas do ensaio: drenado com amostra intacta, S; não drenado com amostra
intacta, Q; e drenado com amostra remexida e recompactada, R (Figura 2.3 e 2.4).
9
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Figura 2.3 - Curvas envolventes de rotura típicas de solos residuais em condições saturadas - Tensões
efetivas, por Vargas em 1971 (Fonseca, 1988)
A mesma análise foi feita pelo autor para ensaios nas mesmas circunstâncias mas em
condições não saturadas.
Figura 2.4 - Curvas envolventes de rotura típicas de solos residuais em condições não saturadasTensões totais, por Vargas em 1971 (Fonseca, 1988)
O autor salienta o acentuado pronunciamento da parte curva, o qual corresponde a coesões
maiores do que as observadas nos solos não saturados comuns. A explicação para este facto
reside em que, para além da coesão adicional devida a tensões neutras negativas - sucção nas
amostras de solo não saturado, a presença de água nas amostras saturadas diminui a
cimentação do esqueleto grosso por fluidificação das coloides aglutinantes.
10
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
O mesmo autor afirma ser possível definir três situações:
a) As curvas dos ensaios S,R e Q são semelhantes porque não se desenvolvem pressões
neutras em nenhum deles devido à grande dimensão dos vazios;
b) A diminuição dos vazios devido às elevadas tensões leva ao aparecimento de pressões
neutras, tornando-se o comportamento dos solos residuais não saturados semelhantes aos
saturados. Recorda-se o facto, atrás referido, de que os solos residuais apresentam geralmente
graus de saturação elevados;
c) Situação intermédia em que se situa a maior parte dos casos, já que a pressão necessária
para saturar o solo é muito elevada.
Fonseca (1988) apresenta a ideia de Vaughan et al. (1987), que defende que devido à
aglomeração de partículas por cimentação química, característica dominante dos solos
residuais, aparece uma envolvente de resistência ao corte drenado com uma coesão efetiva, c',
isto mesmo apesar da elevada porosidade do solo e das características granulares.
Os solos residuais encontram-se num estado de saturação parcial, com tensões neutras
negativas (sucção), ou seja, tensões efetivas na massa do solo maiores que as devidas ao peso
de solo sobrejacente, originando resistências adicionais aparentes (Fonseca, 1988).
Tendo em conta o trabalho de Fonseca (1988) é possível afirmar as seguintes ideias acerca
da resistência ao corte apresentada por este tipo de solos:
- O ângulo de atrito só será influenciado por dois fatores:
 O grau de saturação (a água poderá lubrificar as partículas apresentando menor atrito
o solo saturado);
 O grau de remeximento (o remeximento e compactação podem quebrar ligações
entre partículas finas de argila que tinham formado aglomerados grossos, alterando o
valor de atrito da condição intacta para a recompactada).
11
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
- A coesão poderá ser de dois tipos:
 Coesão efetiva - eventualmente resultante da formação de partículas argilosas no
processo de decomposição da rocha mãe, as quais conferem uma certa coesão ao
solo. Esta coesão é sobretudo devida às ligações existentes entre as partículas (pontes
de cimentação química) e desaparece com o remeximento total da amostra.
 Coesão aparente - parcela adicional existente no caso do solo não se encontrar
saturado, como já foi explicado atrás.
Fonseca (1988) comprova que parte da coesão destes solos perde-se quando o material é
remexido, sendo a resistência adicional obtida para os graus mais baixos da tensão de
confinamento devida, possivelmente, às referidas ligações entre partículas remanescentes.
2.3 - ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
Quando os solos naturais não possuem os requisitos necessários para cumprir
adequadamente a função a que estão destinados, quer quando utilizados no seu estado natural,
em fundações ou escavações, quer quando utilizados como material de construção, uma das
soluções possíveis é a alteração das suas características de maneira a melhorar o seu
comportamento, tornando-os capazes de responder de forma satisfatória às solicitações
previstas. Esta alteração é o que se designa por estabilização de solos (Cruz e Jalali, 2008).
2.3.1 - NECESSIDADE DE RECORRER À ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
A resistência do solo a uma determinada carga não depende apenas das características
intrínsecas do solo, mas também do estado de tensão instalado antes da solicitação e do teor
em água. Sendo assim, a estabilização de um solo onde o estado de tensão é constante em toda
a sua massa e a variação do teor em água é mínima, é diferente de estabilizar a superfície de
um declive em que a variação de humidade é considerável, ou mesmo em estabilizar a base de
um pavimento rodoviário onde estado de tensão e teores de humidade apresentam
significativas variações. O método de melhorar as propriedades do solo precisa de ser
compatível com a carga que irá receber e para o ambiente em que é colocado. Por exemplo, a
compactação de um solo expansivo irá aumentar a sua resistência, mas em contacto com a
água por um longo período, é capaz de absorvê-la e expandir, diminuindo novamente a
resistência. A estabilização deve contribuir para a modificação das propriedades naturais do
12
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
solo, mas também deve assegurar em termos de medidas preventivas contra condições
adversas desenvolvidas quer durante a construção quer durante a vida útil da obra (Cristelo,
2009).
As propriedades de maior interesse para um engenheiro geotécnico são o controle da
expansibilidade, da deformabilidade, a resistência, a durabilidade dessa resistência e a
permeabilidade. Sendo assim, será necessário recorrer á estabilização de solos para controlar
este tipo de fenómenos.
2.3.2 - MÉTODOS DE ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
As alterações às propriedades de um solo podem ser de ordem química, física e mecânica.
Contudo, devido à grande variabilidade dos solos nenhum método será bem sucedido em
todos os tipos de solos. A estabilização não é necessariamente um processo infalível através
do qual toda e qualquer propriedade do solo é alterada para melhor. Uma aplicação correta de
qualquer método exige assim a identificação clara de quais as propriedades do solo que se
pretendem melhorar (Cristelo, 2001).
Um fator a ter em conta na escolha da técnica a adotar é o impacto ambiental, existindo
hoje em dia fortes pressões para a sua consideração e minimização. Sendo assim, será de
aproveitar os materiais existentes no local da obra, independentemente da sua qualidade e
adequabilidade ao projeto em questão. Surge então o conceito, técnica de melhoramento ou
estabilização química de um solo com materiais que possuem propriedades aglomerantes
(ligantes) (Correia, 2011).
2.3.2.1 - Estabilização mecânica
Consiste na melhoria das propriedades do solo através de uma reorganização da posição
relativa das suas partículas, com ou sem introdução de novas partículas, por forma a obter
uma massa mais densa, heterogénea.

Compactação

Vibroflutuação

Compactação dinâmica

Compactação por explosivos
13
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento

Aceleração da consolidação (Pré-carga e drenos verticais)

Correções granulométricas
2.3.2.2 - Estabilização física
As propriedades dos solos são alteradas através do uso do calor ou da aplicação de um
potencial elétrico.

Electro-osmose

Tratamento Térmico (Aquecimento e congelação)
2.3.2.3 - Estabilização química
Consiste na adição de componentes químicos tais como, cimento ou cal, ao solo original,
tendo em vista a melhoria das propriedades do solo em geral.
Quando se utiliza o cimento ou a cal, as partículas do solo são coladas por meio de
produtos químicos e não reações físicas.

Cimento

Cal

Ativação alcalina

Produtos betuminosos
Os agentes estabilizadores podem ter maior ou menor eficiência, consoante o tipo de solo
em causa, dada a sua enorme variedade, quer a nível físico, quer a nível químico. A Figura 2.5
esquematiza quais os agentes mais indicados, mediante os resultados dos ensaios de análise
granulométrica e dos limites de Atterberg (Cruz e Jalali, 2008).
14
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
Figura 2.5 - Agente estabilizador a utilizar em função do tipo de solo (Little, 1995; adaptado de Cruz e
Jalali, 2008)
2.4 - INTERAÇÕES FÍSICO-QUÍMICAS DO PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO
QUÍMICA DE UM SOLO
Segundo Correia (2011) ao introduzir materiais com propriedades aglomerantes num solo
desenvolvem-se interações físico-químicas que conduzem à alteração do seu comportamento
mecânico, sendo estas alterações muito dependentes do tipo e da quantidade de ligante, assim
como das características e condições do solo base. Estas interações físico-químicas podem ser
agrupadas segundo 3 categorias:

Reação de hidratação (ou reação primária);

Reação pozolânica (ou reação secundária);

Troca iónica.
As que mais contribuem para a alteração do comportamento mecânico do solo são as duas
primeiras. As reações de hidratação são as que acontecem entre o ligante e a água existente no
15
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
solo, terminando estas ao fim de algumas horas. Temos depois as reações pozolânicas ou
secundárias, correspondendo à combinação de alguns dos produtos das reações primárias com
os minerais pozolânicos (sílica e alumina) existentes no solo ou contidos nos ligantes.
Simultaneamente com estas reações, as partículas de argila eventualmente existentes no solo
podem sofrer uma alteração da sua estrutura por troca iónica, efeito este que pode contribuir
para a estabilização do solo. No entanto, o efeito estabilizador associado à troca iónica é em
geral modesto quando comparado com o resultante das reações de hidratação e pozolânicas.
Este efeito estabilizador pode em qualquer dos casos ser entendido como uma cimentação do
solo (Correia, 2011).
2.4.1 - REAÇÕES POZOLÂNICAS E DE HIDRATAÇÃO
Em função da reatividade do ligante quando em contacto com a água, desenvolvem-se
reações de hidratação e reações pozolânicas. Esta reatividade do ligante traduz-se pela
capacidade de o material se combinar com a água, usualmente traduzida pela razão cal:sílica
(Cao:Sio2). Quando esta capacidade é elevada diz-se que o ligante é hidráulico, sendo
exemplo disso o cimento Portland e a cal viva, ocorrendo neste caso reações de hidratação de
forma espontânea. Quando esta é modesta as reações de hidratação do ligante só ocorrem se
forem ativadas, sendo classificado o ligante como hidráulico latente, por exemplo, a escória
granulada de alto forno. A capacidade é quase nula, quando o ligante não exibe qualquer tipo
de reação primária, sendo o ligante pozolânico (onde se incluem a cinza volante, a pozolana
natural e a sílica de fumo) (Correia, 2011).
As principais reações que se desenvolvem na estabilização de um solo com o cimento
Portland podem ser resumidas através das equações seguintes (Correia, 2011):
(2.1)
(2.2)
(2.3)
16
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
Apresentam-se as reações referentes aos silicatos tricálcico (3CaO.SiO2) e bicálcico
(2CaO.SiO2) (Equação 2.1), pois são estes os materiais responsáveis por cerca de 75% dos
constituintes do cimento Portland e os que mais contribuem para o aumento da resistência
mecânica. Ao mesmo tempo que se desenvolve esta reação de hidratação primária, ocorre a
dissolução de parte do hidróxido de cálcio (Equação 2.2). Este combinado com os minerais de
sílica (SiO2) e/ou de alumínio (Al2O3) presentes no solo (Equação 2.3), dá origem a uma
reação pozolânica secundária (reação que se desenvolve com reduzida velocidade, sendo
responsável em parte pelo aumento da resistência mecânica no tempo). Os principais produtos
resultantes das reações são um gel aglomerante de silicatos de cálcio hidratados
(CaO.SiO2.H2O), que cristalizam sob a forma de agulhas, envolvendo-se e colando-se uns aos
outros e às partículas de solo (construindo um esqueleto sólido resistente), sendo os grandes
responsáveis pelo aumento da resistência do solo estabilizado (Correia, 2011).
O cimento Portland é o grande responsável pelo aumento de resistência mecânica (cerca de
50% do cimento Portland reage até ao 3º dia, 60% até ao 7º dia e 90% até aos 30 dias) (Janz e
Johansson, 2002).
2.4.2 - TROCA IÓNICA
As partículas de argila presentes num solo podem sofrer uma alteração da sua estrutura por
troca iónica, efeito este que pode contribuir para a estabilização do solo. No entanto, este
efeito apenas assume particular importância na presença de solos muito argilosos,
estabilizados com moderadas quantidades de ligante (Correia, 2011).
Para o solo em estudo este género de interação, troca iónica, será modesta relativamente às
já abordadas, tendo em conta a pequena fração de argila ativa presente no solo, que influencie
o comportamento do mesmo. Sendo assim, o mecanismo inerente a este tipo de reações não
será explorado, neste estudo.
17
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
2.5 - ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA COM CIMENTO
A estabilização com cimento melhora a estrutura do solo, reforçando as ligações de
cimentação e reduzindo assim os espaços porosos (Horpibulsuk et al., 2010).
A estabilização com cimento aplica-se tanto a solos coesivos como a solos incoerentes,
mas para estes obtêm-se melhores resultados. Há duas vias para a utilização deste tipo de
estabilização. Uma com pequenas quantidades de cimento (3% ou 4% de teor em cimento),
em que se visa essencialmente diminuir a suscetibilidade do solo à água, com aumentos
ligeiros da resistência. Trata-se da chamada técnica de "solo tratado com cimento". A segunda
opção consiste na utilização de maiores dosagens de cimento, conduzindo a um material de
resistência mais elevada, com características já significativamente diferentes daquelas
verificadas no solo original, o chamado "solo-cimento" (Branco et al., 2006).
2.5.1 - TIPO DE MISTURAS DE SOLO E CIMENTO
Santos (1967) afirma que a estabilização com cimento consiste na preparação duma
mistura íntima de solo pulverizado, cimento Portland e água, em proporções determinadas e
distingue três tipos de misturas:
−
Solo-cimento: material endurecido obtido pela cura duma mistura íntima e
devidamente compactada de solo pulverizado, cimento Portland e água, em
proporções devidamente determinadas.
−
Solo modificado por cimento: material não endurecido ou semi-endurecido obtido
pela mistura íntima de solo pulverizado, cimento Portland e água. A percentagem
de cimento é sensivelmente menor do que a requerida no solo-cimento. A
compactação e cura não são fundamentais para o processo físico e químico da
estabilização.
−
Solo-cimento plástico: material endurecido obtido pela cura duma mistura íntima
de solo pulverizado, cimento Portland e água em quantidade suficiente para
assegurar uma consistência de argamassa na altura da mistura e colocação. A
percentagem de cimento empregada é superior à requerida no solo-cimento e as
especificações dos solos a empregar são semelhantes às exigidas naquele tipo de
mistura.
18
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
2.5.2 - ESPECIFICAÇÕES PARA O SOLO A SER TRATADO
A Especificação E243-1971 do LNEC, indica as características que devem ter os solos
antes do tratamento para fins rodoviários.

Deverão ser isentos de raízes, capim ou qualquer outra substância prejudicial para o
cimento Portland

Poderão conter no máximo 2% de matéria orgânica e 0,2% de sulfatos expressos
em SO3

O diâmetro máximo das partículas não poderá exceder 75 mm

Percentagem que passa no peneiro de 4,75 mm (nº 4) ASTM ≥ 45%

Percentagem que passa no peneiro de 50 mm ASTM ≥ 80%

Limite de Liquidez ≤ 45%
2.5.3 - FATORES COM INFLUÊNCIA NAS PROPRIEDADES DAS MISTURAS DE SOLO E
CIMENTO
Apesar das numerosas aplicações desta técnica, não existem metodologias de dosagem
com base em critérios racionais, como no caso da tecnologia do betão, onde a proporção
água/cimento desempenha um papel fundamental na avaliação da resistência desejada. Em
trabalhos recentes a relação solo-cimento tem sido avaliada recorrendo a numerosos testes de
laboratório que visam encontrar a quantidade mínima de cimento que conduz às propriedades
pretendidas em termos de resistência e durabilidade. Esta abordagem provavelmente resulta
do facto do solo-cimento apresentar um comportamento complexo motivado por vários
fatores, como as propriedades físico-químicas do solo, a quantidade de cimento, e a
porosidade e humidade no momento da compactação (Consoli et al., 2007).
2.5.3.1 - Propriedades físico-químicas do solo
As características do solo podem conduzir ao sucesso ou insucesso do processo de
estabilização com cimento, ou pelo menos influenciam os aspetos económicos. Sendo assim,
revela-se importante escolher este processo de estabilização somente quando os solos forem
adequados. Segundo a especificação E243 (1971) do LNEC, a seleção do tipo de solo
depende de duas propriedades físicas, a granulometria e os limites de consistência, e de
19
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
propriedades químicas, tais como, a presença de matéria orgânica e a presença de sulfatos,
além das condições gerais que estes solos devem possuir (Cruz e Jalali, 2008).
Santos (1967) afirma que um solo próprio para a estabilização com cimento deve respeitar
estas duas condições essenciais:
- A sua granulometria e plasticidade devem ser tais que permitam a estabilização com
percentagens económicas de cimento e o manuseamento conveniente da mistura com o tipo de
equipamento de mistura e compactação disponíveis.
- Deve estar suficientemente livre de substâncias químicas suscetíveis de prejudicar o
endurecimento da mistura de solo, cimento e água, ou de provocar uma diminuição de
durabilidade pela destruição das ligações devidas ao cimento.
2.5.3.2 - Teor em cimento
Consoli et al. (2007) concluíram que o teor em cimento exerce um grande efeito sobre a
resistência do solo-cimento, pois pequenas adições de cimento são suficientes para melhorar a
resistência do solo. Para tal demonstraram que, para teores em cimento (C) até 7% a
resistência à compressão simples apresenta um crescimento aproximadamente linear,
mantendo o teor em água constante como mostra a Figura 2.6.
Segundo os mesmos autores, é possível concluir que a taxa de aumento de resistência,
representada pela inclinação da linha ajustada, é também influenciada pelo aumento da
densidade seca do solo-cimento compactado, indicando que a eficácia do cimento é maior em
misturas mais compactadas. Tendo em conta que o solo usado neste estudo foi uma areia
argilosa.
20
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
Figura 2.6 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento (Consoli et al., 2007)
Também Porbaha et al. (2000), citado por Cristelo (2009), mostraram alguns resultados de
resistência obtidos em diferentes tipos de solo no Japão, que revelam claramente que um
aumento no teor de cimento aumenta a resistência final do material de estabilização.
2.5.3.3 - Porosidade da mistura
O estudo efetuado por Consoli et al. (2007), mostra como a porosidade (ƞ) da mistura afeta
a resistência à compressão simples do solo-cimento, esta aumenta exponencialmente com a
redução da porosidade da mistura compactada, mantendo o teor em água constante (Figura
2.7). Os mesmos autores afirmam que este efeito benéfico na redução da porosidade da
mistura tem sido abordado por vários investigadores (Felt, 1955; Ingles and Metcalf, 1972;
Clough et al., 1981; Ismail et al., 2002; Consoli et al., 2006).
O mecanismo pelo qual a redução da porosidade influencia a resistência do solo-cimento
pode estar relacionado com a existência de um maior número de pontos de contacto na
mistura (Consoli et al., 2007).
21
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Figura 2.7 - Variação da resistência à compressão simples com a porosidade (Consoli et al., 2007)
2.5.3.4 - Teor em água da mistura compactada
A influência do teor em água na resistência ou rigidez de uma mistura solo-cimento pode
ser condicionada pela distribuição do tamanho dos grãos de solo não cimentado e cimentado.
É sabido que o teor de finos tem uma influência significativa sobre o comportamento de um
solo e especialmente sobre o teor em água do mesmo. Sendo um material fino, o cimento
pode aumentar o teor de finos do solo. Assim, se uma comparação é estabelecida entre um
solo não cimentado e o mesmo solo cimentado, é possível afirmar que a distribuição do
tamanho dos grãos dos dois solos não será a mesma, pois a mistura de solo-cimento tem
maior teor de finos (Silva, 2011).
Outros autores (Consoli et al., 2007) mostram que a resistência à compressão simples em
função do teor em água para amostras com a mesma baridade seca sofre um aumento, mas
este acréscimo é verificado até um valor máximo para teores crescentes em água. Após este
valor ser atingido verifica-se uma redução da resistência da mistura, como é possível verificar
na Figura 2.8. Esta demonstra que é possível obter valores de resistência máxima para teores
em água de 10% para o solo-cimento em estudo, tratando-se o solo natural de uma areia
argilosa.
22
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
Este comportamento da mistura, no que diz respeito à resistência, provavelmente está
relacionado com a estrutura criada no momento de moldagem, tendo a quantidade de água
adicionada um papel fundamental na formação dessa mesma estrutura. O teor de humidade
tem um efeito marcante, sobre a resistência à compressão simples, em misturas compactadas
com a mesma baridade seca (Consoli et al., 2007).
Figura 2.8 - Efeito do teor de humidade na resistência à compressão simples (Consoli et al., 2007)
Segundo Santos (1967), o teor em água na altura da compactação, deve ser tal que permita
atingir um grau adequado de compactação, com boa trabalhabilidade da mistura, densidade
conveniente e massa homogénea. A água necessária à hidratação do cimento é
automaticamente assegurada se estiverem satisfeitas as necessidades da compactação, desde
que não haja perdas durante o período de cura.
2.5.3.5 - Condições de cura
Relativamente às condições de cura, em especial a temperatura, sabe-se que esta exerce
grande influência sobre a velocidade com que se desenvolvem as reações entre o solo e o
ligante. Maior temperatura corresponde a maior velocidade no desenvolvimento das reações
solo-ligante (Correia, 2011).
23
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
A temperatura prevalecente durante a cura tem também influência apreciável. Duma
maneira geral, temperaturas altas favorecem as qualidades do solo-cimento. Muito
provavelmente, será esta uma das razões que explicam parcialmente o sucesso do uso do solocimento em climas quentes (Santos, 1967).
A cura das amostras em laboratório dever ser efetuada, preferencialmente, em câmaras de
temperatura controlada, reproduzindo-se a temperatura de campo (Correia, 2011).
2.5.3.6 - Tempo de cura
A resistência à compressão de uma mistura de solo-cimento aumenta com o tempo, devido
ao progressivo endurecimento do cimento. As amostras são normalmente ensaiadas, pelo
menos, aos 7 dias de cura, quando cerca de 60% do cimento reagiu, e aos 28 dias após a
mistura, altura em que a reação de estabilização estará quase concluída (EuroSoilStab, 2001).
Tal como o betão, o solo-cimento precisa de algum tempo de cura antes que possa ser
estruturalmente solicitado.
Correia (2011) refere o estudo de Kawasaki et al. (1981), o qual defende que com o
aumento do tempo de cura ocorre uma melhoria no comportamento mecânico do solo
estabilizado, fruto do desenvolvimento de reações pozolânicas. Este efeito está evidenciado na
Figura 2.9, relativo à estabilização de 8 diferentes tipos de solos japoneses com cimento
Portland. Nesta figura a quantidade de ligante aplicada encontra-se expressa pelo parâmetro
teor em ligante, aw, definido como a razão entre as massas secas de ligante e de solo. É assim
possível concluir que, independentemente do solo, a resistência qu cresce com o tempo de
cura, crescendo este efeito com o teor em ligante (o que se deve ao facto de a uma maior
quantidade de ligante corresponder uma maior quantidade de hidróxido de cálcio adicionado,
que potencia as reações pozolânicas).
24
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
Figura 2.9 - Evolução da resistência à compressão não confinada com o tempo de cura (Correia, 2011;
adaptado de Kitazume e Terashi, 2002)
2.6 - ENSAIOS UTILIZADOS PARA AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO
MECÂNICO DO SOLO ESTABILIZADO QUIMICAMENTE
A estabilização de um solo mediante a sua mistura com ligantes dá origem a um novo
material, de comportamento mecânico diferente do solo original. A caracterização mecânica
deste novo material é, em geral, efetuada a partir de ensaios laboratoriais, recorrendo-se a
ensaios de compressão simples não confinada (UCS), edométricos, triaxiais, técnicas de
difração por raios X, microscopia eletrónica de varrimento, entre outros (EuroSoilStab, 2001;
EN 14679, 2005).
2.6.1 - COMPRESSÃO SIMPLES
Os ensaios de compressão simples têm sido usados na maioria dos programas
experimentais descritos na literatura, a fim de avaliar a eficácia da estabilização com cimento,
e mesmo para perceber a importância de fatores específicos na resistência das misturas. Uma
das razões para a utilização de ensaio de compressão simples é a experiência acumulada com
este tipo de ensaios para o betão (Fonseca et al., 2009).
25
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
A resistência à compressão simples de construções em terra, mostra ser a propriedade
física mais importante e necessária para avaliar a capacidade de carga de solos estabilizados
quimicamente, especialmente sob cargas de gravidade (Reddy e Kumar, 2011).
2.6.2 - ANÁLISE DA MICROESTRUTURA E COMPOSIÇÃO DO SOLO ESTABILIZADO
É possível analisar o desenvolvimento da força de um solo estabilizado com base em
considerações microestruturais (Horpibulsuk et al., 2010).
2.6.2.1 - Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM)
A Microscopia Eletrónica de Varrimento consiste no varrimento da superfície do material a
analisar, por um feixe de eletrões finamente focado, com uma determinada energia. Os
eletrões ao colidirem com a superfície do material libertam radiações captadas por detetores
apropriados, a partir das quais é possível construir uma imagem da superfície do material com
uma elevada resolução (Correia, 2011).
No fundo, esta técnica permite analisar as eventuais alterações ocorridas ao nível da
microestrutura do solo estabilizado.
Fylak et al. (2006) efetuaram uma investigação por forma a identificar os vários produtos
da hidratação do cimento, recorrendo à análise da microestrutura de amostras com cimento
Portland, sendo estas preparadas para proporções de água-cimento entre 0.35 a 0.4, utilizando
a técnica de Microscopia Eletrónica de Varrimento. Os autores obtiveram imagens SEM que
permitiram visualizar os produtos e respetivas fases da hidratação do cimento, sendo de
destacar a primeira fase cristalina, correspondente à formação da etringite (Figura 2.10),
apresentando esta uma rápida formação no tempo. Vinte e quatro horas após a hidratação do
cimento uma acentuada rede de C-S-H domina as imagens obtidas pelos autores e diferentes
morfologias são verificáveis. Uma estrutura densa formou-se em torno dos grãos de clinquer,
onde as primeiras fases da hidratação do cimento ainda são visíveis (Figura 2.11).
26
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
Figura 2.10 - Formação da etringite (Fylak et al., 2006)
Figura 2.11 - Imagem SEM que demonstra as fases de crescimento do C-S-H e ainda alguns cristais
sob a forma de agulhas de etringite (Fylak et al., 2006)
Portanto os autores afirmam existir uma interessante morfologia dos produtos de reação do
cimento, exercendo estes alguma influência sobre a configuração e endurecimento do
cimento, o que é visível através da Microscopia Eletrónica de Varrimento e da Difração por
Raios X. São assim observadas as seguintes fases: formação da etringite (hidróxo-sulfato de
alumínio e cálcio hidratado, Ca6Al2(SO4)3(OH)12•26H2O); formação da portlandite (hidróxido
de cálcio, Ca(OH)2) e por fim a formação de silicatos de cálcio hidratados (CaOSiO2H2O).
27
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
2.6.2.2 - Difração por Raios X
A Difração por Raios X (DRX) é uma técnica analítica não destrutiva e versátil, que
permite identificar as fases cristalinas presentes num dado material sólido ou em pó, sendo
amplamente utilizada na investigação e a nível industrial (Duarte, 2008).
Os raios X, visando estudos de difração, são produzidos quando se estabelece um elevado
potencial elétrico (>35 KV), entre um cátodo e um alvo metálico (ânodo ou anticátodo). Os
raios emitidos pelo alvo metálico de natureza eletromagnética possuem um comprimento de
onda de 0,1 a 100 Å (Pinto, 2004).
Um feixe de raios X de comprimento de onda conhecido é direcionado para a superfície do
material. Este feixe interage com os átomos presentes no material, ocorrendo assim o
fenómeno de difração. Para tal é necessário satisfazer certas condições definidas pela lei de
Bragg (Figura 2.12), que estabelece a relação entre o ângulo de incidência (θ), o comprimento
de onda dos raios X (λ) e distância entre planos dos materiais (d hkl) (Correia, 2011).
Figura 2.12 - Esquema representativo da geometria de Bragg-Brentano (Pinto, 2004)
A análise de difração por raios X também foi realizada por Fylak et al. (2006), tendo em
conta o estudo já frisado anteriormente, para demonstrar a existência dos produtos de
hidratação do cimento, sendo exemplo disso a Figura 2.13.
28
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
Figura 2.13 -Difratograma obtido por difração de raios X: produtos resultantes da hidratação do
cimento (Fylak et al., 2006)
2.6.2.3 - Espectrometria de Dispersão de Energia (EDS)
A interpretação dos resultados obtidos com as técnicas já frisadas poderá ser
substancialmente melhorada mediante a combinação da técnica SEM com a técnica designada
por Espectrometria de Dispersão de Energia (EDS). Esta permite a identificação qualitativa e
quantitativa dos elementos químicos presentes na imagem da superfície da amostra (Correia,
2011).
2.7 - PARÂMETROS UTILIZADOS PARA AVALIAR A EFICÁCIA DAS MISTURAS
SOLO-CIMENTO
2.7.1 - RAZÃO ÁGUA/CIMENTO
Consoli et al. (2007) concluíram que a razão água/cimento (a/ce), definida como a massa
de água dividida pela massa de cimento, usada para betão, é inadequada para a análise do
comportamento de misturas solo-cimento. Isto porque, a principal diferença entre o solocimento e misturas de betão (para além do teor em cimento) é que, durante a cura do betão
todos os espaços vazios são completamente cheios de água, e portanto, o comportamento
tensão-deformação do betão não é dependente da proporção de vazios, mas sim do conteúdo
em água, pois a quantidade de água reflete os espaços vazios. Já quando se trata do estudo de
29
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
misturas, os vazios são apenas parcialmente preenchidos pela água, não havendo assim uma
relação única entre os vazios e a quantidade de água. Os papéis desempenhados pela
porosidade e pela humidade são diferentes. Enquanto a água afeta a força, alterando a
estrutura do solo, a porosidade afeta a força através da modificação do número de pontos de
contacto entre as partículas do solo.
Segundo os autores, a razão (a/ce) não é um bom parâmetro para avaliar a resistência à
compressão de misturas solo-cimento no estado não saturado.
2.7.2 - RAZÃO VAZIOS/CIMENTO
A razão vazios/cimento (Vv/Vce), definida como o volume de vazios divididos pelo volume
de cimento, também foi analisada por Consoli et al. (2007) através de ensaios de compressão
simples (Figura 2.14). Os autores concluíram que este parâmetro é o mais adequado para
avaliar a resistência das misturas solo-cimento, para teores em água constantes.
Figura 2.14 - Variação da resistência à compressão simples em função da razão Vv/Vce (modificado de
Consoli et al., 2007)
Segundo Consoli et al (2009), esta relação constitui um bom parâmetro para analisar os
resultados de ensaios de compressão triaxial, a rigidez inicial e os parâmetros de resistência
efetiva de pico de uma areia artificialmente cimentada
30
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
A Figura 2.15 mostra uma boa aproximação dos resultados obtidos quer para ensaios de
compressão simples, quer para ensaios triaxiais sujeitos a diferentes tensões confinantes em
função da razão volume de vazios para o volume de cimento (Vv/Vce).
Figura 2.15 - Variação da resistência à compressão simples (qu) e tensão desviadora de pico (q - para
tensões efetivas confinantes de 20, 200 e 400 KPa) em função da razão Vv/Vce (Consoli et al., 2009)
As curvas relativas aos resultados dos ensaios triaxiais estão posicionadas acima da curva
do ensaio de compressão simples, isto devido ao efeito da pressão confinante na resistência.
Na Figura 2.16 são apresentados os resultados para os parâmetros de resistência de pico, ou
seja, é feita a interpretação da coesão, bem como do ângulo de atrito, tendo como base os
resultados dos ensaios de compressão triaxial e a razão volume de vazios para o volume de
cimento (Vv/Vce), como mostra a figura.
31
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Figura 2.16 - Relação entre Vv/Vce com os parâmetros de resistência efetiva de pico: coesão e ângulo de
atrito (Consoli et al., 2009)
Os mesmos autores também estabeleceram um ajuste ótimo das curvas de resistência à
compressão simples, com o qual é possível obter o módulo de rigidez inicial em função da
razão volume de vazios para o volume de cimento, permitindo assim estabelecer uma relação
G0/qu como função de Vv/Vce, como mostra a Equação (2.4). Uma relação entre o módulo de
rigidez inicial e Vv/Vce, tendo em consideração todas as pressões efetivas confinantes, foi
também estabelecida pelos mesmos autores, como mostra a Figura 2.17.
G0
VV 0.56
≅ 345 � �
qu
Vce
(2.4)
Figura 2.17 - Relação entre G0 e Vv/Vce, considerando todas as pressões confinantes (Consoli et al.,
2009)
32
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
A Figura 2.18 mostra a variação da resistência das diferentes misturas definidas no estudo
de Consoli et al. (2007) com as diferentes variações, relativamente a baridade seca e teor em
água das mesmas, verificando-se um bom ajuste entre os resultados experimentais e a razão
proposta. Razão esta que usa agora a porosidade expressa como percentagem do volume total
da amostra em vez de o volume de vazios, e em vez de volume em cimento teor de cimento
volumétrico, também este expresso como percentagem do volume total da amostra. Assim, a
razão porosidade da mistura compactada (ƞ) dividida pelo teor de cimento volumétrico (Cev),
ajustado por um expoente de 0,28 para o solo analisado (areia argilosa), é válido para todos os
teores de humidade considerados. Os autores alertam para o facto de este expoente poder
variar em função do tipo de cimento e solo usados.
Figura 2.18 - Valores de todos as misturas em função da razão ƞ/(Cev)0.28 (Consoli et al., 2007)
Os resultados apresentados no estudo de Consoli et al. (2009), sugerem que a utilização da
razão volume absoluto de vazios divididos pelo volume absoluto de cimento, permite escolher
a quantidade de cimento e porosidade adequada para fornecer uma mistura que atenda a
resistência e rigidez exigidas pelo projeto em causa.
33
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
2.8 - APLICABILIDADE DA TÉCNICA ESTABILIZAÇÃO COM CIMENTO
Segundo Santos (1967), a estabilização de solo com cimento apresenta algumas
aplicabilidades consoante o tipo de mistura.
Os principais usos do solo-cimento podem enumerar-se como se segue:
- Construção de camadas de base para estradas, ruas e pistas de aviação;
- Construção de camadas de sub-base em pavimentos rígidos ou flexíveis;
- Pavimentação de bermas em estradas e aeródromos;
- Pavimentação de áreas de estacionamento;
- Pavimentação de áreas de armazenamento para agregados, materiais diversos ou
equipamento;
- Pavimentação de passeios ou pistas de ciclistas;
- Revestimentos de taludes sujeitos a inundações ou ação de vagas, ou de taludes de
barragens de terra;
- Construção de núcleos de barragens de terra;
- Revestimento de reservatórios de água;
- Fundações para alguns tipos de estruturas;
- Blocos para construção de habitações;
- Construção de paredes compactadas de habitações económicas;
- Conservação ou reconstrução de bases em solos granulares;
- Modificação de solos suscetíveis à ação do gelo;
- Aplicações diversas, como drenos superficiais, aquedutos, pequenos pontões em arco, etc.
No caso do solo modificado por cimento, convém distinguir os diferentes usos conforme se
trate de solos granulares ou de solos siltosos e argilosos.
Assim, quanto aos solos granulares temos:
- Camadas de base e sub-base em pavimentos de estradas, ruas e pistas de aviação;
- Tratamento da sub-base e do leito do pavimento sob pavimentos rígidos para evitar o
efeito de pumping sob lajes de betão;
- Conservação ou reconstrução de camadas de base em solos granulares que sofreram
roturas;
34
REVISÃO BIBIOGRÁFICA
- Reforço de conservação de leitos do pavimento e camadas de sub-base em operações de
reparação;
- Melhoria de solos granulares suscetíveis ao gelo.
E quanto aos solos siltosos e argilosos:
- Tratamento para reduzir a retração e expansão de solos em leitos de pavimentos;
- Melhoria das características de resistência de leitos de pavimentos.
O solo-cimento plástico é utilizado para obviar às dificuldades de colocação em obra em
certos trabalhos. As principais aplicações são:
- Revestimentos de valetas de estradas;
- Revestimento de canais de rega;
- Proteção de taludes contra a erosão.
35
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO SOLO NATURAL
3 - CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO SOLO NATURAL
3.1 - CONSIDERAÇÃO INICIAIS
O solo em estudo é proveniente da região Norte de Portugal, em concreto da zona de
Guimarães. Tendo em conta o seu aspeto visual, é possível dizer que este apresenta uma cor
amarelada, sendo constituído por algumas partículas grossas e uma grande percentagem de
finos. Pode-se afirmar que apresenta alguma homogeneidade granulométrica à vista
desarmada. Quanto à presença de matéria orgânica, dado a sua cor clara, não apresentar cheiro
e ao tato não ser esponjoso, não parece haver existência da mesma, mas este aspeto foi
verificado neste trabalho e é referido mais à frente neste Capítulo. O solo apresenta alguma
alteração, pois desagrega-se facilmente quando pressionado entre os dedos, o que
possivelmente ira conduzir a um solo mais siltoso que arenoso. O solo apresenta alguma
plasticidade, mas pouca.
Segue-se uma breve descrição da metodologia laboratorial, dos ensaios de caracterização e
identificação do solo original. São também, apresentados os principais resultados obtidos nos
ensaios, com os quais se obtiveram características físicas e de identificação que possibilitaram
a classificação do solo em estudo.
3.2 - ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DO SOLO
3.2.1 - PROPRIEDADES FÍSICAS
As características físicas que foram alvo de determinação laboratorial foram as seguintes:
teor em água e densidade das partículas sólidas.
3.2.1.1 - Teor em água
A determinação do teor em água natural do solo foi realizada de acordo com a Norma
Portuguesa NP-84 (1965).
37
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Segundo a Norma, o teor em água de um provete de solo é o quociente expresso em
percentagem, da massa da água que se evapora do provete entre 105 °C e 110 °C, pela massa
do provete depois de seco.
𝑊 (%) =
𝑃𝑊 𝑃ℎ𝑢𝑚 − 𝑃𝑆
=
𝑃𝑆
𝑃𝑆
(3.1)
O teor em água obtido para uma secagem em estufa do solo a 105 ºC foi de 1,3%.
3.2.1.2 - Densidade das partículas sólidas
O conhecimento da densidade das partículas do solo com dimensões inferiores a 4,76 mm,
foi efetuado tendo em conta a Norma Portuguesa NP-83 (1965), pois o solo em estudo é
constituído na sua maioria por partículas com dimensões respeitantes à Norma.
Segundo a Norma, na maior parte dos casos correntes de Mecânica dos Solos é suficiente o
conhecimento da densidade das partículas do solo que passam no peneiro de malha quadrada
de 4,76 mm de abertura (ASTM n.º 4).
A densidade das partículas sólidas é obtida a partir do peso de uma amostra seca e do
volume ocupado pelas suas partículas sólidas, medido pelo volume de água por elas deslocado
num recipiente designado por picnómetro. De referir que, em solos finos, é necessário garantir
um adequado envolvimento das partículas sólidas por água, por eliminação completa do ar,
para o que é necessário embeber a amostra em água durante 12 horas, e após este período,
ferver a mistura para facilitar a saída do ar (Coelho, 2000).
O resultado obtido para a densidade das partículas sólidas (Gs) foi 2,61.
3.2.2 - CARACTERÍSTICAS DE IDENTIFICAÇÃO
As características de identificação analisadas são: o teor em matéria orgânica do solo, a
composição granulométrica, plasticidade e composição mineralógica. Os principais resultados
são apresentados em seguida.
38
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO SOLO NATURAL
3.2.2.1 - Composição mineralógica
A composição mineralógica de um solo é habitualmente estabelecida por técnicas de
difração por raios X, que permitem obter qualitativamente a constituição mineralógica do
solo, ou através de microscópico eletrónico, o que requer equipamento caro e sofisticado
(Coelho, 2000).
A identificação mineralógica das partículas constituintes do solo em estudo foi realizada
num difratómetro de raios-X, PANalytical, modelo X’Pert PRO com detetor X’Celerator. A
tensão de aceleração usada foi de 40kV e a intensidade de corrente de 30mA, segundo uma
geometria de Bragg-Brentano, para uma gama de ângulos entre 5º < 2θ <85º.
O procedimento de preparação das amostras para esta técnica será abordado no Capítulo 4,
Secção 4.3.1.
Estes ensaios não permitem mais do que uma análise qualitativa da composição
mineralógica do solo. Portanto, através da análise do difratograma obtido (Figura 3.1),
mineralogicamente o solo em estudo é essencialmente constituído por quartzo, micas
(muscovite), gibsite e clinocloro. Foram identificadas as seguintes fases comparando o
difratograma indexado com as fichas identificativas JCPDS de cada fase, sendo as fichas
utilizadas as seguintes: 01-083-2465 (Quartzo); 01-077-2255 (Muscovite); 01-076-1782
(Gibsite) e 01-079-1270 (Clinocloro).
39
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Q
M
16000
C - Clinocloro
G - Gibsite
M - Muscovite
Q - Quartzo
Intensidade (Contagens)
14000
12000
10000
8000
M
6000
M
M
4000
Q
2000
C
G
C
Q
C
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2θ
Figura 3.1 - Difratograma relativo ao solo natural
A Figura 3.2 foi obtida por microscópio ótico, onde é possível identificar no solo minerais de
quartzo e mica.
Figura 3.2 - Imagens do solo natural obtidas por microscópio ótico
40
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO SOLO NATURAL
3.2.2.2 - Composição química
A composição química do solo foi avaliada recorrendo à Microscopia Eletrónica de
Varrimento (SEM) acompanhada da técnica de Espectrometria de Dispersão de Energia
(EDS). Em que a caracterização ao nível dos elementos químicos (Figura 3.3) foi obtida com
a técnica de EDS e a técnica de SEM permitiu obter imagens (Figura 3.4) para a análise visual
da microestrutura do solo. Para tal, foi utilizado um microscópio eletrónico de varrimento,
FEI QUANTA - 400.
Relativamente a forma como foi preparada a amostra de solo, esta encontra-se descrita no
Capítulo 4, Secção 4.3.2 (Figura 4.19).
Elemento Peso molecular,Wt
Químco
(%)
25,99
Al
Si
64,52
K
7,17
Ca
0,27
Fe
2,05
Figura 3.3 - Espetro da composição química do solo natural obtido por EDS
Verifica-se que os elementos químicos predominantes no solo são o Silício (64%) e o
Alumínio (26%), existindo também Potássio, Ferro e Cálcio mas em baixas percentagens
relativamente aos outros.
A Figura 3.4 permite visualizar a microestrutura do solo natural, apresentando ser um solo
pouco coeso, com pouca agregação.
41
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Figura 3.4 - Imagens SEM do solo natural obtidas por microscópio de varrimento
3.2.2.3 - Teor em matéria orgânica
Coelho (2000) classifica os diversos métodos utilizados para a determinação do teor em
matéria orgânica em 3 grupos, que se distinguem pela forma como a matéria orgânica é
eliminada do solo: métodos de perdas na ignição, método oxidimétrico e métodos de oxidação
seca.
Para efeitos de engenharia, o método de perdas na ignição é o mais comum para
determinação laboratorial do teor em matéria orgânica, embora não exista um procedimento
universal normalizado que defina as condições de ensaio. O método baseia-se na eliminação
da matéria orgânica a altas temperaturas (Tignição), sendo a quantidade de matéria orgânica
42
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO SOLO NATURAL
estimada pela perda de massa relativamente à do solo seco à temperatura de referência (Tref)
(Coelho, 2000).
Este ensaio foi realizado tendo por base o conduzido pelo autor referido, no qual aconselha
a realização da ignição a uma temperatura de 400 °C, durante pelo menos, 12 horas, assim
como a aplicação de uma pequena correção aos resultados obtidos para ter em conta as perdas
por desidratação, as quais, independentemente do tipo de mineral argiloso presente,
constituem apenas 2% em peso. Sendo assim, o autor sugere a seguinte expressão para
determinação do teor em matéria orgânica, nas condições já frisadas.
𝑃𝑆400°𝐶
𝑂𝑀 = 1 − 1,02 × 50°𝐶
𝑃𝑆
(3.2)
O resultado deste ensaio confirmou que o solo não contém matéria orgânica, pois o valor
obtido foi de 0%.
3.2.2.4 - Análise granulométrica
A análise granulométrica foi realizada por peneiração - para as partículas mais grosseiras
(cascalho e areia), e sedimentação - para as partículas mais finas (silte e argila), segundo a
Especificação E196-1966 do LNEC.
A preparação da amostra de solo para os ensaios de identificação foi feita com base na
Especificação E195-1966 do LNEC.
A peneiração consiste em fazer passar o solo por uma série normalizada de peneiros de
malha quadrada e de dimensões progressivamente menores, os quais promovem a separação
das partículas do solo, retendo em cada um deles as partículas de dimensão superior à sua e
inferior à do peneiro anterior (Figura 3.5). Este procedimento só é exequível até a uma
determinada dimensão (0,075 mm), que coincide aproximadamente com a separação entre
silte e areia. O material que ainda atravessa o peneiro de malha mais fina é posteriormente
sujeito ao processo de sedimentação em água destilada, o qual permite estabelecer
indiretamente a distribuição granulométrica das partículas mais finas (Coelho, 2000).
43
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
A amostra de solo, tal como veio do campo, foi exposta ao ar para secagem da mesma.
Depois procedeu-se a desagregação dos torrões, com auxílio de um almofariz e pilão com
mão revestida de borracha, com o objetivo de promover a separação das partículas, sem
alteração da granulometria.
Em seguida, a amostra selecionada foi separada em duas porções por intermédio do
peneiro de 2,00 mm (n.º 10), sendo que a fração que passou neste peneiro foi misturada pelo
método do esquartelamento, de forma a ser dividida em duas partes aproximadamente iguais,
em que uma delas foi posteriormente utilizada na análise granulométrica.
A partir do material assim obtido foi pesada uma porção com cerca de 70,254 g, à qual foi
adicionado 100 cm3 de antifloculante, tendo sido depois tudo fervido durante 15 minutos. Esta
mistura foi depois transferida para o recipiente do agitador por meio de um jato de água
destilada. Durante todo este processo foi tida especial atenção para não se exceder os 150 cm3
de solução. Foi depois colocado em funcionamento o agitador durante 15 a 20 minutos. Após,
o processo de agitação da mistura, esta foi transferida para o peneiro de 0.075 mm (n.º 200),
onde se procedeu à lavagem do solo, usando novamente água destilada e tendo o cuidado de
não exceder os 500 cm3. A porção que passou no peneiro estava a ser recolhida por uma
proveta, que depois foi preenchida com água destilada até à marca de 1000 cm3.
A solução da proveta foi utilizada para a sedimentação seguindo todos os passos da
especificação E196-1966 do LNEC, Secção 6.2.4.
Já o material que ficou retido no peneiro n.º 200 foi integralmente retirado através da
devida lavagem do peneiro, para que não ficasse nenhum agregado no mesmo tendo sido
posteriormente colocado na estufa a 105 °C, durante 24h, para evaporação total da água e
posterior realização da análise granulométrica por via seca.
Foi obtida a seguinte curva granulométrica (Figura 3.6) e respetiva composição
granulométrica (Quadro 3.1). Notar que se trata da distribuição em percentagem ponderal
(isto é, em percentagem do peso total) das partículas do solo de acordo com as suas dimensões
(Fernandes, 2006).
44
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO SOLO NATURAL
Figura 3.5 - Material retido em cada peneiro
Figura 3.6 - Curva granulométrica do solo em estudo
Quadro 3.1 - Composição granulométrica do solo em estudo
Argila
%
2
Silte
%
20
Areia
%
78
Cascalho
%
0
45
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
3.2.2.5 - Limites de consistência
A Norma Portuguesa NP-143 (1969) destina-se a definir os processos de determinação dos
limites de consistência de solos, pelo que foi utilizada neste trabalho para a determinação do
limite de liquidez e do limite de plasticidade.
A determinação dos limites de consistência foi efetuada porque o solo pareceu apresentar
alguma percentagem de argila, embora à vista desarmada não fosse possível concluir, com
certeza, acerca da existência de argila. Sendo assim, foi preparado solo para a realização dos
limites de consistência, de modo a verificar se este apresentava alguma plasticidade.
A amostra de solo utilizada foi proveniente do solo que passou no peneiro de 2,00 mm (n.º
10), tendo esta sido posteriormente passada no peneiro de 0,425 mm (n.º 40). O material que
passou neste peneiro foi utilizado para levar a cabo os ensaios, tendo o material retido sido
rejeitado.
Inicialmente tentou-se a determinação do limite de liquidez a partir do ensaio da concha de
Casagrande, mas o solo em estudo não apresentou plasticidade suficiente para recorrer a este
método. Pode-se afirmar que estamos perante um solo com alguma facilidade de moldagem,
mas com uma plasticidade tão baixa que tornou este ensaio não exequível, como é possível
observar na Figura 3.7.
Figura 3.7 - Tentativa de realização do ensaio concha de Casagrande
Sendo assim, determinou-se o limite de liquidez recorrendo ao método do cone
penetrómetro, obedecendo ao disposto na Norma Britânica BS 1377 (1975). Trabalhos
46
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO SOLO NATURAL
recentes têm proposto a utilização do cone penetrómetro para a determinação do limite de
liquidez, exemplo disso é o estudo de Coelho (2000).
Este método consiste na queda de um cone com peso, dimensões e altura de queda
normalizadas, sendo obtido o limite de liquidez a partir da relação linear existente entre o teor
em água do solo (determinado segundo a Norma NP-84 (1965)) e a penetração do cone. O
limite de liquidez é definido, como o teor em água para uma penetração do cone de 20 mm
(Figura 3.8).
30
Penetração do cone (mm)
28
26
24
22
y = 6,0648x - 182,63
20
18
16
14
31,0
32,0
33,0 LL 34,0
Teor em água, w (%)
35,0
36,0
Figura 3.8 - Resultados do ensaio de Cone Penetrómetro para obtenção do limite de liquidez
O limite de plasticidade é definido como o teor de humidade abaixo do qual o solo passa
do estado plástico para o estado semi-sólido. Ou seja, quando se pretende fazer cilindros com
3mm de diâmetro o solo perde a capacidade de ser moldável e passa a ficar quebradiço. Este
método, preconizado pela NP-143 (1969), foi exequível no solo em estudo, obtendo-se assim
os resultados indicados no Quadro 3.2. O solo em estudo apresenta um baixo índice de
plasticidade, o que seria de esperar tendo em conta que não foi possível executar o ensaio da
concha de Casagrande pela fraca plasticidade apresentada pelo solo.
47
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Quadro 3.2 - Resultados obtidos para os limites de consistência do solo em estudo
LL
%
LP
%
IP
%
33
29
4
3.3 - CLASSIFICAÇÃO DO SOLO
O solo foi classificado tendo por base o Sistema de Classificação Unificada elaborado por
Casagrande e segundo a Norma Americana ASTM D 2487 (2000). Este sistema utiliza duas
características do solo: granulometria e limites de consistência.
Sendo assim, e de acordo com o estabelecido pelo referido sistema de classificação,
estamos perante um solo grosso, pois mais de metade das partículas, em peso, possuem
dimensão superior ao peneiro n.º 200 da série ASTM (0.075 mm de malha), ou seja, mais de
50% de material ficou retido neste peneiro. Tendo depois em conta, que mais de 50% desta
fração grossa passa no peneiro n.º 4 e que mais de 12% passam no peneiro n.º 200, conclui-se
que estamos perante uma areia com uma quantidade apreciável de finos. A fração fina foi
caracterizada em função dos limites de consistência, tendo por base, a Carta de Plasticidade
de Casagrande, que permitiu classificar os finos como ML ou MH.
Estamos perante uma areia com uma quantidade apreciável de finos, ou seja, uma areia
siltosa, SM.
Observando a curva granulométrica, também é possível afirmar que estamos perante uma
granulometria extensa e consequentemente uma areia bem graduada, tendo também em conta
os valores do Quadro 3.3.
Quadro 3.3 - Parâmetros de análise da curva granulométrica do solo em estudo
48
D10
mm
D30
mm
D60
mm
Cu
Cc
0,011
0,130
0,620
56
2,48
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO SOLO NATURAL
3.4 - DETERMINAÇÃO DO TEOR ÓTIMO DE HUMIDADE
A determinação da relação entre o teor em água e a baridade seca do solo foi obtida
recorrendo ao ensaio de compactação leve em molde pequeno, tendo como base normativa a
Especificação E197-1966 do LNEC.
De acordo com a referida especificação, apenas foi utilizado o molde pequeno, porque a
fração retida no peneiro de 4,76 mm (n.º 4) nunca é superior a 20%, pelo que não se
justificava o uso do molde grande.
Foram adotados os valores de ensaio correspondentes ao Proctor Normal, sendo
posteriormente traçada uma curva de variação da baridade seca com o teor em água, esta
designada por curva de compactação, como mostra o gráfico da Figura 3.9.
19,00
Baridade Seca, γd (kN/m3)
18,50
17,00
Pontos da Curva de
Compactação
Pontos da Curva de
Compactação
Curva de Saturação Sr=100%
16,50
Curva de Saturação Sr=90%
18,00
17,50
16,00
Curva de Saturação Sr=80%
15,50
15,00
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
Teor em Água, w (%)
20,0
22,0
Figura 3.9 - Representação gráfica dos resultados do ensaio de Proctor Normal
Tendo por base a representação gráfica foi possível auferir os seguintes valores ótimos:
Quadro 3.4 - Valores ótimos obtidos no Proctor Normal para o solo em estudo
Proctor Normal
Solo Natural
wót (%)
16,10
γd
máx
(kN/m3 )
17,30
49
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Conhecidos os valores da humidade ótima e máxima massa especifica seca é possível
definir as condições de moldagem dos provetes a ensaiar posteriormente. Ou seja, estes
valores servirão de referência para o trabalho laboratorial relativo às misturas solo-cimento,
em concreto os valores de teor em humidade e baridade seca das misturas em estudo.
3.5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados obtidos em todos os ensaios efetuados ao longo deste Capítulo estão de
acordo com o que é normalmente obtido para os solos residuais graníticos da região Norte de
Portugal, tendo em conta a pesquisa bibliográfica realizada acerca deste tema no Capítulo
anterior.
O solo analisado apresenta uma curva granulométrica extensa, pelo que estamos perante
um solo bem graduado, o que é corroborado pelo coeficiente de uniformidade, Cu, superior a
6 e pelo coeficiente de curvatura, Cc, entre 1 e 3.
A fração fina apresenta limites de liquidez e de plasticidade relativamente baixos, bem
como um baixo índice de plasticidade, o que faz com que esta fração se situe abaixo da linha
A na Carta de Plasticidade.
Após todas as determinações e tendo como suporte o Sistema de Classificação Unificada, o
solo em estudo classifica-se como uma, Areia siltosa (SM).
Os resultados obtidos na composição mineralógica vão de encontro ao que foi referido no
Capítulo anterior acerca de solos residuais, pois o solo em estudo é mineralogicamente
constituído por: quartzo, micas (muscovite), gibsite e clinocloro. Quimicamente, apresenta
essencialmente Silício e Alumínio, com menores percentagens de Potássio, Ferro e Cálcio.
Em seguida são apresentados, no Quadro 3.5, todos os resultados obtidos nos ensaios
realizados para a caracterização do solo original.
50
CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO SOLO NATURAL
Quadro 3.5 - Resumo dos resultados de caracterização e identificação do solo em estudo
Propriedade
G
Resultado Obtido
2,61
Propriedade
Resultado Obtido
Cu
56
Cc
2,48
Matéria Orgânica
(%)
0
LL (%)
LP (%)
IP (%)
33
29
4
% passados no
peneiro n.º 4
99,79
Argila
(%)
2
% passados no
peneiro n.º 10
91,09
Silte
(%)
20
% passados no
peneiro n.º 40
50,73
Areia
(%)
78
% passados no
peneiro n.º 200
22,82
Cascalho
(%)
0
Tendo em conta as normas relativas ao dimensionamento de pavimentos rodoviários, os
quais incluem há muito a estabilização com cimento na sua composição, o solo original
possui as características necessárias para a estabilização
As tendências comportamentais do grupo SM da Classificação Unificada, segundo Lambe
& Whitman (1979), quando usados em obras de aterro são as seguintes:
- Quando compactado apresenta um comportamento semipermeável a impermeável;
- Apresenta uma boa resistência ao corte quando compactado e saturado;
- Baixa compressibilidade quando compactado e saturado;
- Razoável trabalhabilidade como material de construção.
51
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
4 - ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
4.1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Neste Capítulo irá ser abordado o processo de estabilização química por adição de cimento
ao solo residual granítico, já caracterizado e classificado no Capítulo anterior.
A estabilização é obtida com a mistura simultânea do solo, no estado seco, do cimento e da
água, na quantidade especificamente necessária para a compactação. O solo, na presença de
humidade e de um agente de cimentação, transforma-se num novo material. Isto é, as
partículas agrupam-se devido às interações físico-químicas entre o cimento, solo e água. A
compactação é necessária para obrigar as partículas do solo a deslizar umas em relação às
outras, obtendo-se assim um novo arranjo estrutural das partículas. Em resumo, as partículas
do solo são agrupadas e ligadas por químicos (cimentação), constituindo um novo material de
engenharia (Horpibulsuk et al., 2010).
Neste capítulo é apresentada toda a metodologia laboratorial utilizada, incluindo todo o
procedimento de preparação das misturas, desde a quantificação das quantidades necessárias
dos vários componentes até ao processo de moldagem e cura, bem como os ensaios adotados
para avaliar a resistência mecânica dos provetes.
O trabalho laboratorial foi desenvolvido no Laboratório de Geotecnia, do Departamento de
Engenharia Civil da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.
Este Capítulo apresenta também uma caracterização adicional, realizada ao solo-cimento.
Esta caracterização foi feita recorrendo à técnica de Difração por Raios X (DRX) e à
Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM), acompanhada da técnica designada por
Espectrometria de Dispersão de Energia (EDS).
A técnica de Difração por Raios X, foi utilizada com o intuito de fazer a caracterização
mineralógica do solo, ou seja, distinguir os seus minerais. Por outro lado, a Microscopia
Eletrónica de Varrimento (SEM/EDS) permite obter imagens a partir das quais é possível uma
avaliação qualitativa da microestrutura do material e semiquantitativa dos elementos químicos
presentes na amostra.
53
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Com estas análises pretende-se assim identificar as alterações provocadas no solo
estabilizado, tendo em conta diferentes parâmetros: tempo de cura, teor em ligante e teor em
água.
Todas as análises inerentes a esta caracterização, foram realizadas na Unidade de
Microscopia Eletrónica da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro.
4.2 - METODOLOGIA LABORATORIAL
4.2.1 - DESCRIÇÃO DOS MATERIAIS E EQUIPAMENTOS
4.2.1.1 - Solo Natural
O solo utilizado neste estudo é um solo residual granítico proveniente do Norte de
Portugal, o qual foi estudado no Capítulo anterior e classificado como uma areia siltosa (SM).
4.2.1.2 - Ligante
O cimento Portland é um ligante hidráulico (resistente à água), isto é, é um material
inorgânico finamente moído que, quando misturado com água, forma uma pasta que faz presa
e endurece devido a reações e processos de hidratação e que, depois do endurecimento,
conserva a sua resistência mecânica e estabilidade mesmo debaixo de água (NP EN 1971:2001). O endurecimento de cimentos CEM deve-se sobretudo à hidratação de silicatos de
cálcio embora outros compostos, tais como os aluminatos, possam intervir no processo.
O ligante utilizado, foi um Cimento Portland, Tipo II, da Classe 32.5 N (CEM II/B-L 32,5
N), permanentemente armazenado em local seco para evitar a alteração das suas propriedades.
4.2.1.3 - Equipamento
Os principais equipamentos utilizados foram:

Um forno elétrico de temperatura constante (105ºC), para aferição e controle dos teores
de humidade,
54

Balança eletrónica com precisão de 0,1g;

Uma misturadora para garantir uma correta homogeneização das misturas,

Prensa, com célula de capacidade de carga de 600 KN.
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
Foi feita uma verificação da célula de carga da prensa utilizando uma célula de 10 KN, o
que permitiu traçar uma reta de calibração com as leituras efetuadas. Esta apresentou uma boa
correlação e assemelhável à obtida com a célula de capacidade de carga de 600 KN (R2=0.99;
R2=1). Procedeu-se a esta verificação para garantir a fiabilidade dos resultados, pois estamos
perante um equipamento com capacidade de carga elevada para as resistências típicas dos
provetes a ensaiar, ou seja, esta verificação teve como principal objetivo garantir que a célula
da prensa possuía suficiente precisão.
Figura 4.1 - Algum equipamento laboratorial utilizado: a) Prensa com capacidade de carga de 600 KN;
b) Misturadora da marca Sammic, modelo BM II (potência de 550W)
4.2.1.4 - Moldes
O ensaio de compressão simples deve ser realizado sobre provetes cilíndricos com
diâmetro compreendido entre os 30 e 100mm e uma relação altura:diâmetro compreendida
entre 2 e 2.5 (ASTM D 2166, 2000).
Sendo assim, e observando igualmente o disposto na Especificação E264-1972 do LNEC,
foram utilizados provetes cilíndricos com 70 mm de diâmetro e 140 mm de altura, ou seja, uma
relação altura:diâmetro de 2:1, fabricados em moldes de PVC.
55
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
4.2.2 - PONDERAÇÃO DA QUANTIDADE DOS VÁRIOS COMPONENTES
4.2.2.1 - Moldagem dos pontos analisar
Tendo por base o ensaio de Proctor Normal efetuado ao solo natural, e descrito no Capítulo
anterior, foram definidos os parâmetros de moldagem a utilizar na execução dos provetes a
ensaiar à compressão simples. Os parâmetros de moldagem referidos foram os valores da
baridade seca máxima e do teor em água ótimo.
Sendo assim, e de acordo com a Figura 4.2, foram escolhidos dois valores (B1 = 10,3% e
A1 = B2 = C1 = 13,2%) para o teor em água inferiores ao ótimo de 16,10%, para além do
próprio valor ótimo (ponto B3). Foram adotados estes valores para o teor em água para assim
ser possível comparar estes resultados com os resultados obtidos em ensaios no mesmo solo
estabilizado com cinzas ativadas. Da mesma forma, foram adotados três níveis para a baridade
seca, todos inferiores ao valor ótimo de 17,30 KN/m3 (A1 = 16,4 KN/m3, B1 = B2 = B3 =
15,6 KN/m3 e C1 = 14,7 KN/m3). A escolha de valores para a baridade seca inferiores ao
ótimo foi motivada pela dificuldade em conseguir, no terreno, e para a maioria das aplicações,
uma baridade seca igual aquela obtida nas condições ideais do ensaio de Proctor. Foram assim
definidos cinco pontos de moldagem, identificados no Quadro 4.1.
Figura 4.2 - Pontos de moldagem para o solo: misturas de cimento
56
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
Quadro 4.1 - Valores da baridade seca e teor em água para cada ponto de moldagem
Proctor Normal
Solo Natural
A1
B1
B2
B3
C1
γd (kN/m3 )
w (%)
17,30
16,10
16,4
15,6
15,6
15,6
14,7
13,2
10,3
13,2
16,1
13,2
Para cada ponto de moldagem foram realizados três provetes, sendo o resultado final
constituído pela média dos três resultados obtidos. Cada mistura realizada foi assim suficiente
para moldar três provetes.
No Quadro 4.2 estão identificadas e caracterizadas todas as misturas realizadas, tendo em
conta vários teores de ligante, vários tempos de cura, diferentes baridades secas e teores em
água.
57
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Quadro 4.2 - Identificação das misturas a realizar
58
15,6
15,6
15,6
16,4
Densidade Tempo de
seca
cura
3
(dias)
(KN/m )
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
14,7
10,3
13,2
Teor em
água (%)
13,2
C1_(A1)
C3_(A1)
C7_(A1)
C30_(A1)
C60_(A1)
C90_(A1)
C1_(B1)
C3_(B1)
C7_(B1)
C30_(B1)
C60_(B1)
C90_(B1)
C1_(B2)
C3_(B2)
C7_(B2)
C30_(B2)
C60_(B2)
C90_(B2)
C1_(B3)
C3_(B3)
C7_(B3)
C30_(B3)
C60_(B3)
C90_(B3)
C1_(C1)
C3_(C1)
C7_(C1)
C30_(C1)
C60_(C1)
C90_(C1)
Teor em
cimento
(%)
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
16,1
Designação
13,2
15,6
15,6
15,6
16,4
Densidade Tempo de
seca
cura
3
(dias)
(KN/m )
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
14,7
10,3
13,2
Teor em
água (%)
13,2
B1_(A1)
B3_(A1)
B7_(A1)
B30_(A1)
B60_(A1)
B90_(A1)
B1_(B1)
B3_(B1)
B7_(B1)
B30_(B1)
B60_(B1)
B90_(B1)
B1_(B2)
B3_(B2)
B7_(B2)
B30_(B2)
B60_(B2)
B90_(B2)
B1_(B3)
B3_(B3)
B7_(B3)
B30_(B3)
B60_(B3)
B90_(B3)
B1_(C1)
B3_(C1)
B7_(C1)
B30_(C1)
B60_(C1)
B90_(C1)
Teor em
cimento
(%)
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
16,1
Designação
13,2
15,6
15,6
15,6
16,4
Densidade Tempo de
seca
cura
(dias)
(KN/m3 )
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
14,7
16,1
13,2
10,3
13,2
Teor em
água (%)
13,2
Teor em
Designação cimento
(%)
A1_(A1)
5,0
A3_(A1)
5,0
A7_(A1)
5,0
A30_(A1)
5,0
A60_(A1)
5,0
A90_(A1)
5,0
A1_(B1)
5,0
A3_(B1)
5,0
A7_(B1)
5,0
A30_(B1)
5,0
A60_(B1)
5,0
A90_(B1)
5,0
A1_(B2)
5,0
A3_(B2)
5,0
A7_(B2)
5,0
A30_(B2)
5,0
A60_(B2)
5,0
A90_(B2)
5,0
A1_(B3)
5,0
A3_(B3)
5,0
A7_(B3)
5,0
A30_(B3)
5,0
A60_(B3)
5,0
A90_(B3)
5,0
A1_(C1)
5,0
A3_(C1)
5,0
A7_(C1)
5,0
A30_(C1)
5,0
A60_(C1)
5,0
A90_(C1)
5,0
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
4.2.2.2 - Obtenção das quantidades dos vários componentes das misturas
Antes da preparação das misturas e tendo em conta os pontos de moldagem definidos
anteriormente, foi necessário efetuar alguns cálculos, para obter as quantidades adequadas de
solo e de água a serem misturadas.
Com base no teor em água do solo, na sua humidade higroscópica, nas percentagens de
ligante, na baridade seca e no teor em água pretendido, calcularam-se as quantidades de solo,
cimento e de água necessárias para o fabrico de cada provete de 70 mm de diâmetro e 140
mm de altura. Foi feito um acréscimo de 10% à quantidade necessária para a realização das
misturas, para ter em conta possíveis desperdícios.
O teor em cimento foi previamente definido e os outros dois valores, baridade seca e teor
em água, obtidos de acordo com o que já foi referido na Secção 4.2.2.1. Com o apoio destes e
das dimensões dos moldes a utilizar, foram obtidas as respetivas quantidades.
Assim sendo, as misturas com ligante foram realizadas para três proporções distintas de
cimento em relação à massa de solo seco. Estas percentagens de cimento foram adotadas
tendo por base o estudo de Muhunthan e Sariosseiri (2008), no que diz respeito à interpretação
de propriedades geotécnicas de solos tratados com cimento, onde estes defendem que a utilização
de elevados teores em cimento (>10%), não é aconselhável para aplicações em campo, pois a
utilização de elevados teores em cimento pode ser altamente prejudicial ao comportamento do
solo estabilizado, o que foi demonstrado pelos autores recorrendo a ensaios triaxiais, os quais
mostraram que para elevados teores em cimento as pressões intersticiais sofrem um aumento
rápido relativamente às pressões de confinamento, o que resulta assim em pressões de
confinamento nulas e na consequente divisão vertical das amostras.

5,0%:95,0%

7,5%:92,5%

10%:90%
Sendo a conduta de cálculo para saber a quantidade de cimento a seguinte:
q ce = % Cimento�100 × Pesopartículas sólidas solo
(4.1)
59
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Estando já definidas as percentagens em cimento, obtêm-se as percentagens de solo a
adicionar à mistura da seguinte forma:
q solo seco = % Solo�100 × Pesopartículas sólidas solo
q solo adicionar = q solo seco �1 + whigroscópica �
(4.2)
(4.3)
No que se refere à quantidade de água a adicionar à mistura, esta quantidade já tem de ter
em conta o teor em água higroscópica do solo à temperatura ambiente.
A quantidade de água necessária para a mistura é assim obtida através da seguinte equação:
q água adicionar = wótimo × (q solo seco + q ce ) − q solo adicionar × whigroscópica
(4.4)
4.2.3 - PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
Podemos encontrar alguns documentos normativos que definem o processo de fabrico e
cura de provetes cilíndricos de solo-cimento, sendo disso exemplo a Especificação E264-1972
do LNEC ou as Normas Norte Americanas ASTM D 1633 (2000), ASTM D 2166 (2000),
ASTM D 4609 (2002).
Para a realização das amostras de solo estabilizado o procedimento adotado foi simples,
tendo em conta alguns aspetos normativos, mas também baseado em estudos anteriores
relacionados com a temática solo-cimento.
4.2.3.1 - Tratamento prévio do solo natural
O solo natural, antes de ser utilizado para a preparação das amostras, foi exposto ao ar para
secagem e redução da humidade higroscópica.
Para além do cuidado anterior, antes da realização das misturas, foi também feita uma
desagregação dos torrões com auxílio do martelo de borracha, mas sem reduzir o tamanho
individual das partículas. Posteriormente peneirou-se o solo com o peneiro de 3/8'', malha
quadrada de 9,50 mm, por forma a obter a mesma classificação, distribuição em todas as
misturas realizadas. Optou-se por este peneiro para a seleção do solo em estudo porque foi
60
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
observado, aquando da representação da curva granulométrica do solo, que cerca de 99.79%
da massa inicial definida para o estudo da granulometria passou no peneiro nº 4,
correspondente a uma abertura de malha de 4,76 mm. Tendo-se também optado pelo
aproveitamento da fração de solo retida no peneiro nº 4, para assim, o solo estabilizado
possuir todo o fuso granulométrico que serviu para a classificação granulométrica.
Figura 4.3 - Preparação do solo natural para posterior realização das misturas com cimento: a)
Secagem; b) Desagregação dos torrões; c) Peneiração
4.2.3.2 - Preparação das misturas
A realização dos provetes de solo-cimento baseou-se num procedimento simples e
facilmente reproduzível, que consistiu numa mistura mecanizada do solo com o ligante e a
água, seguido de uma compactação estática em molde cilíndrico.
O procedimento praticado para a preparação de todas as misturas, foi o seguinte:
a) Pesagem do solo natural em balança eletrónica, com uma precisão de 0,1g;
b) Pesagem do ligante (Cimento Portland, 32,5N), na mesma balança e posterior
envolvimento deste ao solo natural já pesado, com auxílio de uma espátula, antes de se
proceder à mistura mecanizada. Este primeiro envolvimento do solo com o ligante já foi
efetuado no balde da misturadora;
c) Em seguida foi efetuada a pesagem da água, utilizando a mesma balança, sendo depois
adicionada as pesagens já efetuadas de solo e ligante;
d) Depois de efetuadas todas as pesagens, foi ligada a misturadora, durante 5 minutos,
tempo suficiente para obter uma mistura homogénea;
61
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
e) Para cada mistura preparada foram efetuadas pesagens suficientes para a realização de
três amostras/provetes e uma porção da amostra para duas cápsulas com o fim de aferir o teor
de humidade da mistura (estas cápsulas devem ser pesadas de imediato em balança com uma
sensibilidade de 0,001g, pois quanto mais tempo estiverem expostas ao ar, maior teor em água
vão perdendo e maior será o erro de leitura desse teor).
f) Após o término da homogeneização da mistura, esta foi retirada do balde da misturadora
e procedeu-se as pesagens das quantidades estimadas para a moldagem de cada molde, para
ter uma precisão da quantidade de mistura necessária para cada molde, tendo por base as
quantidades já calculadas;
e) Cada amostra que foi retirada e pesada da mistura integral, foi espalhada em cima de um
tabuleiro e dividida em três porções, sendo estas três parcelas correspondentes às três fases de
compactação dos provetes cilíndricos. Os respetivos moldes antes de utilizados, foram
devidamente lubrificados com óleo descofrante, para assim, facilitar o desmolde do provete.
O processo de compactação será abordado no subcapítulo 4.2.3.3.
.
Figura 4.4 - Principais procedimentos na preparação das misturas: a) Pesagem do solo; b) Pesagem da
água; c) Preparação da homogeneização da mistura
62
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
Figura 4.5 - Principais procedimentos na preparação das misturas: a) Primeiro envolvimento do solo
com o cimento; b) Mistura homogeneizada; d) Repartição da amostra em três partes iguais
4.2.3.3 - Compactação
Procedeu-se a uma compactação estática, aplicando uma carga estática, com auxílio da
prensa que posteriormente foi usada para os ensaios de compressão simples.
A compactação estática foi aplicada em três camadas a partir do fundo do molde,
dividindo-se para tal a mistura em três porções iguais e assim, preencher a totalidade do
molde. Antes de colocar as sucessivas camadas o topo de cada uma foi escarificado, como
forma de melhorar a ligação entre camadas.
A principal preocupação no processo de compactação incidiu, no controle da massa do
material de cada provete, de modo a atingir a densidade seca desejada em cada um deles,
sendo a carga aplicada a necessária para atingir a baridade pretendida.
O processo de mistura e compactação do solo-cimento, em quantidade suficiente para a
preparação de três provetes, não demorou mais de 30 minutos, isto tendo por base a
Especificação E264-1972 do LNEC.
4.2.3.4 - Cura dos provetes
Após o processo de mistura até ao de compactação, os provetes foram deixados no interior
do molde e devidamente embalados em sacos plásticos para evitar variações significativas de
teor de humidade, durante pelo menos 24 horas. Os moldes com os provetes foram ainda
armazenados em câmara húmida com temperatura interior entre os 18 e os 22 °C e humidade
relativa não inferior a 90%.
63
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Após o período, de cerca de 24 horas, as amostras foram removidas dos moldes,
recorrendo a um extrator de provetes, e novamente armazenadas em câmara húmida dentro de
um saco selado, como forma de evitar ao máximo as trocas de humidade com o exterior.
Foram adotados períodos de 1, 3, 7, 30, 60 e 90 dias.
Segundo a Especificação E264-1972 do LNEC, após o período de cura, o provete poderá
ser imediatamente ensaiado ou ser ainda submetido a outras operações antes do ensaio de
compressão, tais como, imersão em água, secagem ao ar ou em estufa, ciclos alternados de
molhagem e secagem, etc.
Tendo em vista o caso em estudo nenhuma destas operações foi adotada, ou seja, os
provetes não foram submetidos a nenhum tratamento após a cura em câmara e o ensaio de
compressão foi realizado o mais rápido possível após serem retirados da câmara.
Figura 4.6 - Desmoldagem dos provetes: a) Provete após compactação; b), c), d) Desmoldagem; e)
Aspeto visual do provete após desmoldagem
64
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
Figura 4.7 - Provetes armazenados em câmara húmida
4.2.4 - AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA DOS PROVETES
Tendo em conta a pesquisa bibliográfica já efetuada, é possível constatar que o ensaio mais
utilizado, pela simplicidade, rapidez e domínio do mesmo, para avaliação da resistência à
compressão simples é o ensaio de compressão simples não confinado
Os provetes foram sujeitos a ensaios de compressão simples (UCS), cujo resultado é a
resistência à compressão não confinada, qu, para assim ser possível analisar a influência do
peso unitário seco, teor em água, teor em cimento e tempo de cura, sobre a referida
resistência.
4.2.4.1 - Controle dos provetes
Começou-se por fazer a verificação dos topos dos provetes, com auxílio de uma régua,
para garantir que os mesmos estão planos aquando a realização do ensaio. Estes foram
também medidos por forma a certificar as suas dimensões e registar as suas massas, para ser
possível controlar as baridades secas.
Só foram admitidas para ensaio os provetes que verificaram os seguintes critérios:

Baridade seca ± 2% do valor de referência;
65
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento

Diâmetro ± 1 mm;

Altura ± 2 mm.
4.2.4.2 - Velocidade de deformação do ensaio
Um dos aspetos a ter em conta nos ensaios de compressão não confinada é a velocidade de
deformação. Os valores usualmente recomendados situam-se no intervalo 0,5 a 2%/min, referido
à altura da amostra (ASTM D 2166 2000). A Especificação E264-1972 do LNEC, aconselha
que quando se utilizam equipamentos em que se controla a velocidade de deformação e para
provetes com 70 mm de altura e 140 mm de diâmetro, o ensaio deve ser feito á velocidade de
cerca de 1 mm/min.
Tendo como suporte estas recomendações adotou-se uma velocidade de deformação de 1,2
mm/min, ou cerca de 1%/min atendendo às dimensões do provete em estudo.
4.2.4.3 - Ensaio de compressão simples
Durante a fase de ensaio dos provetes, seguiram-se algumas normas e procedimentos
laboratoriais, para que os resultados obtidos fossem o mais homogéneos possível. Segue-se a
descrição de alguns dos passos mais relevantes desta fase de procedimentos laboratoriais.
a) Retira-se os provetes do meio de cura no momento do ensaio, pois estamos a avaliar
teores em humidade, e sua permanência no meio ambiente fará diminuir esse teor;
b) Coloca-se o provete na prensa, tendo o cuidado de verificar que fica bem centrado,
ajusta-se o prato superior cuidadosamente e aplica-se a força duma forma contínua, sem
incrementos bruscos (E264-1972 do LNEC);
c) Aproxima-se o provete o mais possível da célula de carga, sem que haja medição de
força aplicada por essa célula. Nesse momento, coloca-se a zero o valor medido pelo
transdutor de deslocamento e o valor medido pela célula de carga, e inicia-se o ensaio de
compressão sendo ajustada a velocidade de deformação já mencionada na Secção 4.2.4.2;
d) Dá-se o ensaio por concluído, após a obtenção da tensão máxima de resistência
mecânica do provete (qumáx);
66
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
e) Retira-se o provete da prensa para extrair alguns fragmentos (de preferência do seu
interior), e assim ser possível avaliar o seu teor de humidade.
As Figuras 4.8 a 4.13 apresentam alguns provetes a serem sujeitos ao ensaio de
compressão simples e aspeto visual dos mesmos após o ensaio. As figuras mostram que os
provetes apresentam um modo de rotura do tipo frágil, com pouca deformação e planos de
rotura bem definidos, sendo possível verificar que o aumento do tempo de cura conduz à
diminuição dos planos de rotura.
Figura 4.8 - Ensaio de compressão simples a provetes com 1 dia: a) 5% Cimento, b) 10% Cimento
67
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Figura 4.9 - Ensaio de compressão simples a provetes com 3 dias: a) 5% Cimento, b) 7,5% Cimento
Figura 4.10 - Ensaio de compressão simples a provetes com 7 dias: a) 5% Cimento, b) 10% Cimento
68
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
Figura 4.11 - Ensaio de compressão simples a provetes com 30 dias: a) 7,5% Cimento, b) 10% Cimento
Figura 4.12 - Aspeto visual de provetes com 60 dias depois sujeitos a ensaio de compressão simples: a)
7,5% Cimento, b) 10% Cimento
69
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Figura 4.13 - Ensaio de compressão simples a provetes com 90 dias: a) 5% Cimento, b) 10% Cimento
4.2.5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS
O procedimento laboratorial da preparação das amostras adotado, tendo em conta algumas
bases normativas de misturas solo-cimento e investigações em estabilização de solos, revelouse satisfatório quando aplicado ao solo em estudo, tendo em conta a inspeção visual dos
provetes. Com auxílio da Figura 4.14 podemos dizer que os provetes apresentam uma
superfície lateral, com alguma uniformidade, com as dimensões pretendidas e sem cavidades.
Mesmo a forma de rotura dos provetes, do tipo frágil, foi a esperada, tendo em conta a
rigidez média dos provetes em análise, conforme é possível observar na Figura 4.15.
70
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
Figura 4.14 - Aspeto visual dos provetes antes do ensaio de compressão simples
Figura 4.15 -Forma de rotura dos provetes: a) Provete com 1 dia; b), c) Provetes com 30 dias; d)
Provete com 60 dias
71
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
4.3 - ANÁLISE DA COMPOSIÇÃO E MICROESTRUTURA DO SOLO
4.3.1 - CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA POR DIFRAÇÃO DE RAIOS X (DRX)
A identificação mineralógica foi realizada num difratómetro de raios-X, PANalytical,
modelo X’Pert PRO com detetor X’Celerator (Figura 4.16). A tensão de aceleração usada foi
de 40kV e a intensidade de corrente de 30mA, segundo uma geometria de Bragg-Brentano,
para uma gama de ângulos entre 5º < 2θ <85º.
Para a identificação mineralógica, foram preparadas amostras de solo estabilizado,
conforme o procedimento já descrito na Secção 4.2.3.2. Estas amostras não foram sujeitas a
compactação. Após a sua correta homogeneização mecânica, foram colocadas em sacos
plásticos na câmara húmida, para assim serem mantidos constantes os parâmetros em análise
ao longo dos respetivos tempos de cura.
Para a análise destes parâmetros (tempo de cura, percentagem de ligante e teor em água),
foram selecionados os pontos de moldagem definidos no Quadro 4.3.
Quadro 4.3 - Parâmetros e respetivos pontos de moldagem em estudo em ambas as análises
Parâmetros a analisar
Influência do tempo
de cura
Influência da % de
ligante
Influência do teor em
água
Pontos moldagem
C3_(A1)
C30_(A1)
A30_(A1)
C30_(A1)
γd = 16,4 kN/m3
w = 13,2 %
γd = 16,4 kN/m3
w = 13,2 %
C30_(B1)
γd = 15,6 kN/m3
w = 10,3 %
C30_(B3)
γd = 15,6 kN/m3
w = 16,1 %
Para a obtenção dos difratogramas de raios X foi retirada uma porção à amostra
homogeneizada, suficiente para realização desta análise. As amostras analisadas foram
reduzidas a pó, para assim ser possível a sua moldagem num porta-amostras padrão (Figura
4.17), inserido posteriormente no equipamento já descrito neste capítulo.
72
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
Após cada análise procedeu-se à indexação dos difratogramas.
Figura 4.16 - Equipamento de difração por Raios X: a) Imagem exterior do equipamento; b) Interior
do equipamento
Figura 4.17 - Amostra no porta amostras padrão, para posterior realização da difração por Raios X
73
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
4.3.2 - MICROSCOPIA ELETRÓNICA DE VARRIMENTO (SEM/EDS)
A análise do solo estabilizado através da Microscopia Eletrónica de Varrimento
(SEM/EDS), permite a obtenção de imagens, com as quais foi depois possível a análise visual
da microestrutura do solo e as respetivas caracterizações ao nível de elementos químicos.
Esta técnica foi já descrita no Capítulo 2, Secção 2.6.2.1.
O microscópio eletrónico de varrimento utilizado foi um, FEI QUANTA - 400 (Figura
4.18).
Figura 4.18 - Microscópio Eletrónico de Varrimento (SEM/EDS)
A porção de cada mistura para análise SEM/EDS foi retirada das mesmas amostras que já
tinham sido utilizadas para realização da difração por raios X, visto que foi preparada
quantidade suficiente para a realização de ambas as análises.
Para levar a cabo esta análise e como primeiro passo, seccionou-se uma amostra (tendo em
consideração que as dimensões superiores a 200mm são desaconselháveis) de cada ponto em
análise e as mesmas foram colocadas num porta amostras, sobre pinos de alumínio e fixadas
com fita de carbono (Figura 4.19), para evitar a influência do teor de alumínio da amostra
com o do porta amostras. Seguidamente as amostras foram colocadas dentro do microscópio
74
ESTABILIZAÇÃO DO SOLO NATURAL
em sistema de Baixo Vácuo, sendo a pressurização parcial no interior da câmara de 1,33mbar
e a tensão de aceleração do feixe de eletrões de 20kV.
Figura 4.19 - Amostras no interior da câmara para posterior realização da análise (SEM/EDS)
Foram obtidas várias imagens SEM com diferentes resoluções, para assim analisar a
influência dos diferentes parâmetros já mencionadas na Secção anterior.
Os principais resultados da identificação mineralógica, bem como da Microscopia
Eletrónica de Varrimento (SEM/EDS), encontram-se no Capítulo seguinte.
75
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
5 - APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
5.1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS
No Capítulo anterior foram mostrados os principais aspetos relacionados com a formulação
das misturas solo-cimento, fabrico dos provetes e posterior ensaio dos mesmos à compressão
simples. São agora apresentados e analisados os resultados obtidos nos ensaios de compressão
simples, realizados como forma de analisar a evolução da estabilização de um solo residual
granítico com cimento. São aqui apresentados também os resultados obtidos nas análises
efetuadas ao solo com cimento, para identificação da composição mineralógica, química, e
análise das eventuais alterações morfológicas das diferentes estabilizações.
Todas as representações gráficas para avaliar a resistência à compressão simples, foram
delineadas tendo em conta os valores obtidos em laboratório (Quadro 5.1). Os teores em
humidade determinados no momento de ensaio ficaram um pouco aquém dos inicialmente
definidos, o que pode ter sido devido a perdas de água no decorrer do processo de moldagem
das misturas.
77
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Quadro 5.1 - Resumo dos valores obtidos em laboratório para o solo estabilizado
Teor em
Designação cimento
(%)
A1_(A1)
5,0
A3_(A1)
5,0
A7_(A1)
5,0
A30_(A1)
5,0
A60_(A1)
5,0
A90_(A1)
5,0
A1_(B1)
5,0
A3_(B1)
5,0
A7_(B1)
5,0
A30_(B1)
5,0
A60_(B1)
5,0
A90_(B1)
5,0
A1_(B2)
5,0
A3_(B2)
5,0
A7_(B2)
5,0
A30_(B2)
5,0
A60_(B2)
5,0
A90_(B2)
5,0
A1_(B3)
5,0
A3_(B3)
5,0
A7_(B3)
5,0
A30_(B3)
5,0
A60_(B3)
5,0
A90_(B3)
5,0
A1_(C1)
5,0
A3_(C1)
5,0
A7_(C1)
5,0
A30_(C1)
5,0
A60_(C1)
5,0
A90_(C1)
5,0
78
Teor em
água (%)
12,3
11,9
12,3
12,3
12,2
12,2
9,9
9,9
9,9
9,9
9,9
9,9
12,1
12,1
12,1
12,1
12,4
12,4
15,8
14,9
14,6
15,6
15,6
15,6
12,0
12,0
11,9
13,8
12,7
12,8
Densidade
Resistência
seca
(Kpa)
3
(KN/m )
16,3
537,88
16,4
1213,48
16,4
1629,23
16,5
2684,20
16,4
3453,34
16,5
5217,68
15,6
379,37
15,7
493,71
15,7
964,02
15,6
1184,89
15,5
1494,11
15,5
1811,12
15,7
561,26
15,7
1553,87
15,7
2161,91
15,6
2161,91
15,6
2465,93
15,5
2681,60
15,6
348,19
15,5
696,38
15,3
1054,10
15,1
1679,90
15,6
15,7
2161,91
14,8
245,55
14,7
375,48
14,7
1027,69
14,5
1365,48
14,5
1403,16
14,6
1525,29
Teor em
Designação cimento
(%)
B1_(A1)
7,5
B3_(A1)
7,5
B7_(A1)
7,5
B30_(A1)
7,5
B60_(A1)
7,5
B90_(A1)
7,5
B1_(B1)
7,5
B3_(B1)
7,5
B7_(B1)
7,5
B30_(B1)
7,5
B60_(B1)
7,5
B90_(B1)
7,5
B1_(B2)
7,5
B3_(B2)
7,5
B7_(B2)
7,5
B30_(B2)
7,5
B60_(B2)
7,5
B90_(B2)
7,5
B1_(B3)
7,5
B3_(B3)
7,5
B7_(B3)
7,5
B30_(B3)
7,5
B60_(B3)
7,5
B90_(B3)
7,5
B1_(C1)
7,5
B3_(C1)
7,5
B7_(C1)
7,5
B30_(C1)
7,5
B60_(C1)
7,5
B90_(C1)
7,5
Teor em
água (%)
12,2
12,2
12,2
12,2
12,5
12,5
9,9
9,9
9,3
9,9
10,0
10,0
11,9
12,2
11,9
12,2
12,0
12,0
14,2
14,7
14,9
15,5
15,1
15,1
11,8
11,9
12,2
13,0
12,3
12,3
Densidade
Resistência
seca
(Kpa)
3
(KN/m )
16,3
834,10
16,5
2154,11
16,5
3707,99
16,5
4105,55
16,4
5677,61
16,2
5794,54
15,6
735,36
15,6
1213,48
15,7
1439,54
15,6
1935,84
15,5
2247,66
15,6
2536,09
15,7
1008,20
15,6
1699,39
15,7
2858,29
15,7
4300,43
15,7
4234,17
15,7
4432,95
15,3
340,40
15,6
814,18
15,7
1872,18
15,2
2530,89
15,6
3500,11
15,7
3733,97
14,7
456,46
14,6
704,18
14,8
1337,33
14,6
2525,69
14,7
2543,88
14,8
2837,51
Teor em
Designação cimento
(%)
C1_(A1)
10,0
C3_(A1)
10,0
C7_(A1)
10,0
C30_(A1)
10,0
C60_(A1)
10,0
C90_(A1)
10,0
C1_(B1)
10,0
C3_(B1)
10,0
C7_(B1)
10,0
C30_(B1)
10,0
C60_(B1)
10,0
C90_(B1)
10,0
C1_(B2)
10,0
C3_(B2)
10,0
C7_(B2)
10,0
C30_(B2)
10,0
C60_(B2)
10,0
C90_(B2)
10,0
C1_(B3)
10,0
C3_(B3)
10,0
C7_(B3)
10,0
C30_(B3)
10,0
C60_(B3)
10,0
C90_(B3)
10,0
C1_(C1)
10,0
C3_(C1)
10,0
C7_(C1)
10,0
C30_(C1)
10,0
C60_(C1)
10,0
C90_(C1)
10,0
Teor em
água (%)
12,1
12,1
12,1
12,1
12,0
12,0
9,4
9,2
9,2
9,2
9,5
9,9
12,0
12,4
12,3
12,3
12,2
12,2
14,6
14,7
14,8
14,4
15,6
15,6
12,0
12,3
12,3
12,0
13,1
12,5
Densidade
Resistência
seca
(Kpa)
(KN/m3)
16,4
1229,07
16,4
3146,72
16,5
5495,72
16,5
5911,47
16,5
6594,86
16,5
7745,97
15,6
1151,11
15,6
1312,22
15,7
1974,82
15,7
2289,23
15,6
2419,16
15,7
3355,90
15,7
1585,05
15,7
2881,68
15,7
3965,23
15,6
4284,84
15,6
4573,27
15,6
4791,54
15,6
545,67
15,8
1190,09
15,7
2369,78
15,4
2660,81
15,4
4386,18
15,7
6314,23
14,8
873,08
14,8
1015,99
14,8
2712,78
14,8
5194,30
14,8
3696,29
14,7
3996,41
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
5.2 - ENSAIOS DE COMPRESSÃO SIMPLES
5.2.1 - INFLUÊNCIA DO TEMPO DE CURA
Para perceber a influência do tempo de cura no comportamento mecânico das misturas em
análise, procedeu-se à representação gráfica que relaciona resistência à compressão em função
do tempo de cura (Figura 5.1 a 5.5). Esta representação foi elaborada para todos os pontos de
moldagem em análise, como forma de perceber até que ponto os diferentes parâmetros de
moldagem se sobrepõem ao fator tempo de cura.
8000
C=5%
7000
C=7,5%
6000
qu (KPa)
C=10%
5000
4000
3000
2000
1000
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
Tempo de cura (Dias)
Figura 5.1 - Evolução da resistência à compressão simples com o tempo de cura para o ponto de
moldagem A1
79
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
8000
7000
qu (KPa)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
Tempo de cura (Dias)
Figura 5.2 - Evolução da resistência à compressão simples com o tempo de cura para o ponto de
moldagem B1
8000
C=5%
7000
C=7,5%
qu (KPa)
6000
C=10%
5000
4000
3000
2000
1000
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
Tempo de cura (Dias)
Figura 5.3 - Evolução da resistência à compressão simples com o tempo de cura para o ponto de
moldagem B2
80
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
8000
C=5%
7000
C=7,5%
qu (KPa)
6000
C=10%
5000
4000
3000
2000
1000
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
Tempo de cura (Dias)
Figura 5.4 - Evolução da resistência à compressão simples com o tempo de cura para o ponto de
moldagem B3
8000
C=5%
7000
C=7,5%
qu (KPa)
6000
C=10%
5000
4000
3000
2000
1000
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
Tempo de cura (Dias)
Figura 5.5 - Evolução da resistência à compressão simples com o tempo de cura para o ponto de
moldagem C1
81
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Observando os gráficos é possível concluir que no geral todos eles demostram que,
qualquer que seja o ponto de moldagem, a resistência à compressão simples aumenta com o
tempo de cura. Este efeito é mais evidente numas situações que noutras, mas persiste sempre
em quase todas as misturas.
É possível observar que grande parte do ganho de resistência para qualquer ponto de
moldagem, ocorreu entre 1 e 7 dias de cura, pois a resistência alcançada para certas situações
foi próxima à de 30 dias de cura, sendo exemplo disso os gráficos das Figuras 5.2 e 5.3. É
notório em algumas situações ainda o aumento de resistência até aos 60 dias, por exemplo a
situação do gráfico da Figura 5.1. Na generalidade dos casos já existe uma estabilização do
aumento da resistência dos 60 para os 90 dias. Salienta-se que a percentagem da resistência
aos 7 dias de cura é de 61%, aos 30 dias é de 78% e de 90% até aos 60 dias, o que significa
que, em média, a cura entre os 60 e os 90 dias permitiu um aumento de resistência de apenas
10% da resistência máxima. Da mesma forma, verifica-se que aos 30 dias a resistência era já
superior a 75% do valor final.
Para a maioria dos casos em análise e salientando apenas o fator tempo de cura, é
percetível que este é um parâmetro importante no ganho da resistência à compressão simples
não confinada, independentemente das condições para as quais foram moldadas as misturas.
5.2.2 - INFLUÊNCIA DO TEOR EM CIMENTO
De forma a analisar a influência da variação do teor de cimento na resistência à
compressão simples foram elaborados gráficos com os valores da resistência máxima dos
provetes em função do respetivo teor em cimento (Figura 5.6 a 5.10).
82
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
9000
8000
1 Dia
7000
3 Dias
qu (KPa)
6000
7 Dias
5000
30 Dias
4000
60 Dias
3000
90 Dias
2000
1000
0
3
4
5
6
7
8
9 10
Teor em cimento (%)
11
12
Figura 5.6 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento para o ponto de
moldagem A1
9000
8000
1 Dia
7000
3 Dias
qu (KPa)
6000
7 Dias
5000
30 Dias
4000
60 Dias
3000
90 Dias
2000
1000
0
3
4
5
6
7
8
9 10
Teor em cimento (%)
11
12
Figura 5.7 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento para o ponto de
moldagem B1
83
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
9000
8000
1 Dia
7000
3 Dias
qu (KPa)
6000
7 Dias
5000
30 Dias
4000
60 Dias
3000
90 Dias
2000
1000
0
3
4
5
6
7
8
9 10
Teor em cimento (%)
11
12
Figura 5.8 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento para o ponto de
moldagem B2
9000
8000
1 Dia
7000
3 Dias
qu (KPa)
6000
7 Dias
5000
30 Dias
4000
60 Dias
3000
90 Dias
2000
1000
0
3
4
5
6
7
8
9 10
Teor em cimento (%)
11
12
Figura 5.9 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento para o ponto de
moldagem B3
84
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
9000
8000
1 Dia
7000
3 Dias
qu (KPa)
6000
7 Dias
5000
30 Dias
4000
60 Dias
3000
90 Dias
2000
1000
0
3
4
5
6
7
8
9 10
Teor em cimento (%)
11
12
Figura 5.10 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento para o ponto de
moldagem C1
A partir da análise dos gráficos é possível concluir que o aumento do teor de cimento
provoca um acréscimo da resistência à compressão simples, sendo que este aumento não
acontece de uma forma linear para todas as situações em estudo.
Verifica-se um ligeiro aumento nas resistências entre os 5% e 7,5% de cimento, de cerca
de 62%, sendo este aumento superior entre os 7,5% e 10% de cimento, cerca de 76%.
Nas misturas com 10% de cimento, atingem-se maiores resistências para o mesmo tempo
de cura em relação às percentagens de 5 e 7,5%, devendo-se isto ao facto de nestas misturas
existir uma maior quantidade de cimento disponível, necessária para que ocorram as reações
químicas que possibilitam o desenvolvimento da resistência.
Nas representações gráficas das Figuras 5.11 a 5.16, a relação entre a resistência à
compressão simples e o teor em cimento é apresentada para cada uma das três baridades de
moldagem, permitindo perceber a importância da percentagem de cimento nas misturas solocimento.
85
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
9000
14,7 KN/m3
8000
15,6 KN/m3
7000
qu (KPa)
6000
16,4 KN/m3
5000
4000
3000
2000
1000
0
3
4
5
6
7
8
9
Teor em cimento (%)
10
11
12
Figura 5.11 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas misturas com 1
dia
9000
14,7 KN/m3
8000
7000
15,6 KN/m3
qu (KPa)
6000
16,4 KN/m3
5000
4000
3000
2000
1000
0
3
4
5
6
7
8
9
Teor em cimento (%)
10
11
12
Figura 5.12 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas misturas com 3
dias
86
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
9000
14,7 KN/m3
8000
7000
15,6 KN/m3
qu (KPa)
6000
16,4 KN/m3
5000
4000
3000
2000
1000
0
3
4
5
6
7
8
9
Teor em cimento (%)
10
11
12
Figura 5.13 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas misturas com 7
dias
9000
14,7 KN/m3
8000
15,6 KN/m3
7000
qu (KPa)
6000
16,4 KN/m3
5000
4000
3000
2000
1000
0
3
4
5
6
7
8
9
Teor em cimento (%)
10
11
12
Figura 5.14 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas misturas com
30 dias
87
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
9000
14,7 KN/m3
8000
15,6 KN/m3
7000
qu (KPa)
6000
16,4 KN/m3
5000
4000
3000
2000
1000
0
3
4
5
6
7
8
9
Teor em cimento (%)
10
11
12
Figura 5.15 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas misturas com
60 dias
9000
14,7 KN/m3
8000
15,6 KN/m3
7000
qu (KPa)
6000
16,4 KN/m3
5000
4000
3000
2000
1000
0
3
4
5
6
7
8
9
Teor em cimento (%)
10
11
12
Figura 5.16 - Variação da resistência à compressão simples com o teor em cimento nas misturas com
90 dias
88
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
Esta representação gráfica torna a evidenciar o efeito do teor em cimento, pois à medida
que este aumenta a resistência das misturas sofre um aumento, sendo de destacar a influência
da baridade das misturas, quanto maior a baridade maior a resistência, este efeito é mais
evidente para maiores tempos de cura.
Depois de analisar os dois tipos de representações gráficas torna-se evidente que o
aumento do teor em cimento influencia o comportamento mecânico do solo estabilizado,
independentemente dos tempos de cura e das variações na baridade e teor em água das
misturas.
5.2.3 - INFLUÊNCIA DO TEOR EM ÁGUA
Como forma de analisar a resistência à compressão simples em função do teor em água, a
média do peso específico seco das amostras foi mantida aproximadamente igual a 15,6 KN/m3
enquanto os teores em água assumiram diferentes valores na fase de moldagem: 10,3%,
13,2% e 16,1%. Imediatamente após o ensaio o teor em água de cada provete foi novamente
medido, tendo sido detetadas variações aos valores inicialmente adotados. Estas variações
eram mais ou menos expectáveis devido à perda de água constituinte que inevitavelmente
ocorre durante as operações que envolvem o manuseamento dos provetes, necessárias para o
seu armazenamento e para preparação e execução do ensaio de compressão.
Com os resultados obtidos delinearam-se os seguintes gráficos (Figura 5.17 a 5.22), para
assim ser possível observar a influência do teor em água nas misturas solo-cimento.
89
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
qu (KPa)
7000
6000
C=5%
5000
C=7,5%
4000
C=10%
3000
2000
1000
0
8
9
10
11
12
13
14
Teor em água (%)
15
16
17
Figura 5.17 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas misturas
com 1 dia
qu (KPa)
7000
6000
C=5%
5000
C=7,5%
4000
C=10%
3000
2000
1000
0
8
9
10
11
12
13
14
Teor em água (%)
15
16
17
Figura 5.18 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas misturas
com 3 dias
90
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
qu (KPa)
7000
6000
C=5%
5000
C=7,5%
4000
C=10%
3000
2000
1000
0
8
9
10
11
12
13
14
Teor em água (%)
15
16
17
Figura 5.19 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas misturas
com 7 dias
qu (KPa)
7000
6000
C=5%
5000
C=7,5%
4000
C=10%
3000
2000
1000
0
8
9
10
11
12
13
14
Teor em água (%)
15
16
17
Figura 5.20 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas misturas
com 30 dias
91
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
qu (KPa)
7000
6000
C=5%
5000
C=7,5%
4000
C=10%
3000
2000
1000
0
8
9
10
11
12
13
14
Teor em água (%)
15
16
17
Figura 5.21 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas misturas
com 60 dias
qu (KPa)
7000
6000
C=5%
5000
C=7,5%
4000
C=10%
3000
2000
1000
0
8
9
10
11
12
13
14
Teor em água (%)
15
16
17
Figura 5.22 - Variação da resistência à compressão simples em função do teor em água nas misturas
com 90 dias
92
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
A resistência à compressão aumenta com o aumento do teor em água de moldagem,
verificando-se que a partir de certo teor em água começa a haver um decréscimo da
resistência, tal e qual como observado no ensaio de Proctor. Os valores médios da resistência
para cada teor em água para os diferentes tempos de cura estão representados no Quadro 5.2.
Quadro 5.2 - Média da resistência de cada teor em água para cada tempo de cura
Média do
teor em
água (%)
9,7
12,2
15,1
Tempo de Resistência
(KPa)
cura (dias)
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
1
3
7
30
60
90
755
1006
1459
1803
2054
2568
1052
2045
2995
3582
3758
3969
411
900
1765
2291
3943
4070
Os gráficos são elucidativos no sentido de perceber que é possível obter resistências
máximas para teores em água de cerca de 12% para o caso em estudo. A partir deste ponto, o
aumento do teor em água não irá permitir que a compactação se realize de forma eficaz, sendo
aconselhável trabalhar abaixo do valor ótimo, ou seja, do lado seco da curva de compactação.
O gráfico da Figura 5.22 mostra uma exceção que não vai ao encontro do concluído até agora
para a situação com 10% de cimento, provavelmente esta deve-se aos resultados
experimentais obtidos não serem os melhores, deveria repetir-se o ponto máximo dos 10%
com cimento.
93
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
5.2.4 - INFLUÊNCIA DA BARIDADE SECA
Para perceber a influência da baridade no processo de estabilização com cimento,
procedeu-se à representação gráfica que relaciona, resistência à compressão simples e
baridade seca. Esta análise foi feita para um teor em água médio das misturas de cerca de 12%
e para o respetivos pesos unitários secos obtidos experimentalmente.
9000
8000
C=5%
7000
C=7,5%
qu (KPa)
6000
C=10%
5000
4000
3000
2000
1000
0
14
14,5
15
15,5
16
Baridade seca (KN/m3)
16,5
17
Figura 5.23 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas com 1
dia
94
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
9000
8000
C=5%
7000
C=7,5%
qu (KPa)
6000
C=10%
5000
4000
3000
2000
1000
0
14
14,5
15
15,5
16
Baridade seca (KN/m3)
16,5
17
Figura 5.24 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas com 3
dias
9000
C=5%
8000
C=7,5%
7000
C=10%
qu (KPa)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
14
14,5
15
15,5
16
Baridade seca (KN/m3)
16,5
17
Figura 5.25 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas com 7
dias
95
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
9000
C=5%
8000
C=7,5%
7000
C=10%
qu (KPa)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
14
14,5
15
15,5
16
Baridade seca (KN/m3)
16,5
17
Figura 5.26 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas com 30
dias
9000
C=5%
8000
C=7,5%
7000
C=10%
qu (KPa)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
14
14,5
15
15,5
16
Baridade seca (KN/m3)
16,5
17
Figura 5.27 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas com 60
dias
96
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
9000
C=5%
8000
C=7,5%
7000
C=10%
qu (KPa)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
14
14,5
15
15,5
16
Baridade seca (KN/m3)
16,5
17
Figura 5.28 - Variação da resistência à compressão simples com a baridade seca nas misturas com 90
dias
Analisando as Figuras 5.23 a 5.28, verifica-se que a resistência à compressão simples é
sensível à baridade seca, pois a resistência aumenta com o aumento da baridade. Tendo em
conta os mesmos gráficos é de notar que este efeito da baridade se destaca a partir dos 7 dias
de cura, não sendo tão evidente para 1 e 3 dias. A partir destes resultados é evidente que o teor
de cimento tem uma influência significativa na resistência à compressão simples, ou seja, este
parâmetro tem vindo a destacar-se como tendo uma grande influência no comportamento
mecânico das misturas de solo-cimento, sobrepondo-se a qualquer outra alteração (baridade
seca e teor em água). Mas também é possível verificar que este aumento parece ser mais
importante nas espécies mais densas onde há mais pontos de contacto entre as partículas, e
assim a eficácia de cimentação é melhorada.
97
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
5.3 - ANÁLISE DA MICROESTRUTURA E COMPOSIÇÃO
5.3.1 - MICROESTRUTURA E COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO SOLO ESTABILIZADO (SEM/EDS)
5.3.1.1 - Influência do tempo de cura
A análise dos aspetos microestruturais das misturas que a seguir se apresenta (Figuras 5.29
e 5.30) refere-se a misturas com diferentes tempos de cura, sendo eles 3 e 30 dias. Desta
forma pretendem-se verificar as principais alterações que possam ocorrer em função dos
diferentes tempos de cura, para misturas com o mesmo teor em água e cimento.
Figura 5.29 - Imagens da mistura C3_(A1): a) Obtida recorrendo a microscópio ótico; b), c) e
d)Imagens SEM obtidas por microscópio de varrimento
98
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
Figura 5.30 - Imagens da mistura C30_(A1): a) Obtida recorrendo a microscópio ótico; b), c) e d)
Imagens SEM obtidas por microscópio de varrimento
A imagem a) da Figura 5.29 apresenta menor microporosidade, menos vazios que a
imagem a) da Figura 5.30, sendo estes aspetos também reforçados pelas imagens b) de ambas
as Figuras. Mas estas imagens também mostram que com o tempo de cura a agregação dos
inertes aumenta, sendo depois o índice de vazios existentes (devido a agregação dos inertes),
reduzido recorrendo a um processo de compactação, aumentando assim a resistência do solocimento com o tempo de cura.
É de destacar a imagem d) da Figura 5.29, onde é possível observar a presença de cristais
sob a forma de agulhas, a chamada etringite. O aparecimento desta é comum no início do
processo de hidratação do cimento, aspeto já mencionado no Capitulo 2, Secção 2.6.2.1.
99
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Comparando ambas as imagens d) são notórias diferenças, pois na imagem d) da Figura
5.30 é possível observar o aumento dos cristais sob a forma de agulhas, ou seja, estamos na
presença de uma estrutura cristalina em placas que irá conferir maior rigidez à mistura. Esta
imagem apresenta outra fase cristalina que também é normal aparecer na hidratação do
cimento, o aparecimento de silicatos de cálcio hidratados (C-S-H). A formação destes é mais
significativa com o tempo, por isso a justificação de termos misturas mais resistentes aos 30
dias, pois a formação de C-S-H irá diminuir a porosidade das misturas.
Com a análise química realizada para todas as misturas em estudo conseguimos obter a
composição global das misturas, porque foi feito um EDS global. Sendo assim, só podemos
mencionar os elementos químicos presentes nas misturas e não discutir a variação das
quantidades presentes nas mesmas.
Com base nas Figuras 5.31 e 5.32, que representam o espetro e quantificação percentual
dos elementos químicos das misturas, é possível saber os elementos químicos predominantes
nas mesmas, para os diferentes tempos de cura.
Figura 5.31 - Espetro da composição química da mistura C3_(A1) com 3 dias de cura, obtido por EDS
100
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
Elemento Peso molecular,Wt
Químco
(%)
0,88
Mg
Al
26,42
Si
30,15
S
2,08
K
5,49
Ca
31,86
Fe
3,13
Figura 5.32 - Espetro da composição química da mistura C30_(A1) com 30 dias de cura, obtido por
EDS
Verifica-se que os elementos químicos predominantes nas misturas são o Silício e o
Alumínio, apresentando a mistura aos 30 dias de cura maior quantidade de Cálcio que a de 3
dias.
101
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
5.3.1.2 - Influência do teor em ligante
As imagens das Figuras 5.30 e 5.33 de misturas com 30 dias de cura, permitem avaliar as
diferenças morfológicas, tendo em conta diferentes percentagens de cimento.
Figura 5.33 - Imagens da mistura A30_(A1): a) Obtida recorrendo a microscópio ótico; b), c) e d)
Imagens SEM obtidas por microscópio de varrimento
Em termos de macroporosidades não parece haver grandes diferenças comparando as
imagens a), b) e c) das Figuras 5.30 e 5.33, todas elas apresentam alguma agregação dos
inertes e alguns vazios. A diferença na percentagem de ligante das misturas, sem serem
compactadas, não apresenta diferenças significativas na microestrutura do solo-cimento.
As imagens d) das Figuras 5.30 e 5.33 apresentam algumas placas de hidróxido de cálcio já
cobertas por alguns tufos de silicatos de cálcio hidratados (C-S-H). Nestas imagens não se
102
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
encontram significativas mudanças devido ao aumento da percentagem de ligante de 5% para
10%, talvez pelo facto de este aumento não ser representativo tendo em conta a pequena
quantidade de amostra necessária para está análise ou mesmo a fração escolhida para a
análise. Continuam a ser identificadas nas imagens SEM as várias fases devido ao processo de
hidratação do cimento.
As Figuras 5.32 e 5.35, permitem identificar os elementos químicos predominantes das
misturas com diferentes percentagens de cimento, para o período de 30 dias de cura.
Elemento Peso molecular,Wt
Químco
(%)
0,61
Mg
Al
30,62
Si
37,80
S
1,26
K
5,38
Ca
20,84
Fe
3,50
Figura 5.34 - Espetro da composição química da mistura A30_(A1) com 30 dias de cura, obtido por
EDS
Verifica-se que os elementos químicos predominantes na mistura A30_(A1), são o Silício
(38%), o Alumínio (31%) e o Cálcio (21%). A mistura C30_(A1) apresenta 32% de Cálcio,
30% de Silício e 26% de Alumínio.
103
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
5.3.1.3 - Influência do teor em água
Nas Figuras 5.35 e 5.36, apresentam-se as diferenças microestruturais das misturas
preparadas para diferentes teores em água e 30 dias de cura.
Figura 5.35 - Imagens da mistura C30_(B1): a) Obtida recorrendo a microscópio ótico; b), c) e d)
Imagens SEM obtidas por microscópio de varrimento
104
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
Figura 5.36 - Imagens da mistura C30_(B3): a) Obtida recorrendo a microscópio ótico; b), c) e d)
Imagens SEM obtidas por microscópio de varrimento
As imagens a) das Figuras 5.35 e 5.36 evidenciam que as partículas de ambas as misturas
estão envolvidas, parecendo esta ligação ser mais solta na Figura 5.35. Mas não significa que
a microestrutura mostrada pela imagem a) da Figura 5.36 confira ligações entre partículas
mais fortes, isto pelo aspeto pouco firme que apresentam.
É de salientar a presença de tufos de silicatos de cálcio hidratados em ambas as imagens d)
das Figuras 5.35 e 5.36, mas na imagem da Figura 5.36 as cristalizações parecem muito
incipientes, tendo em conta que estamos a falar do mesmo tempo de cura, apresentando assim
uma cristalização mal formada. Ou seja, a mistura com maior teor em água manifesta poucas
cristalizações que não favorecem as propriedades do material, como foi demonstrado
laboratorialmente (Quadro 5.1).
105
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Com base nas Figuras 5.37 e 5.38, que representam o espetro e quantificação percentual
dos elementos químicos da mistura, é possível analisar os elementos químicos presentes na
mesma, tendo em conta diferentes teores em água e para um período de cura de 30 dias.
Elemento Peso molecular,Wt
Químco
(%)
1,12
Mg
Al
23,03
Si
29,94
S
1,64
K
4,25
Ca
35,57
Fe
4,44
Figura 5.37 - Espetro da composição química da mistura C30_(B1) com 30 dias de cura, obtido por
EDS
106
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
Elemento Peso molecular,Wt
Químco
(%)
0,51
Mg
Al
16,91
Si
51,46
S
0,83
K
8,92
Ca
18,71
Ti
0,85
Fe
1,81
Figura 5.38 - Espetro da composição química da mistura C30_(B3) com 30 dias de cura, obtido por
EDS
Confrontando as respetivas Figuras e complementando com a informação dos Quadros que
contêm a percentagem de cada elemento químico é de frisar a existência na mistura C30_(B3)
de um elemento químico até agora não evidenciado nas restantes misturas, o Titânio. No que
diz respeito aos restantes elementos químicos, verifica-se a presença do mesmo tipo de
elementos em ambas as misturas.
107
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
5.3.2 - ANÁLISE MINERALÓGICA
É possível observar os espetros (Figura 5.39) referentes à análise mineralógica efetuada ao
solo residual granítico utilizado no presente trabalho bem como às misturas que já foram alvo
de análise através de SEM/EDS, sendo assim possível a comparação de resultados entre as
várias misturas.
QM
M
M Q
G
C - Clinocloro
G - Gibsite
M - Muscovite
Q - Quartzo
M
Q
C30_(B3)
Intensidade (u.a)
C30_(B1)
A30_(A1)
C30_(A1)
C3_(A1)
C
5
C
10
Solo Natural
C
15
20
25
30
2θ
35
40
45
50
Figura 5.39 - Comparação entre os difratogramas do solo natural e as misturas em análise
Conclui-se ser de dificil interpretação a análise dos difratogramas de amostras de solo
estabilizado, pelo facto de as mesmas serem influenciadas pela matriz do solo e de os
produtos de reação do cimento serem em geral estruturas amorfas, com picos de difração
muitos difusos, de difícil indexação.
É de notar a existência de um pico com a alguma intesidade
θ para um 2
de
aproximadamente igual a 27,5 que existe no solo natural e com alguma intesidade em algumas
misturas, mas este não foi possível identificar com precisão.
108
ARESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
Para provar as fases que se desenvolvem nas misturas solo-cimento foi feita uma
ampliação (Figura 5.40) aos espetros da Figura 5.39, para ser possível detetar os picos de
CC
pequena intensidade e assim confirmar as fases identificadas em SEM.
E
E - Etringite
CC - Carbonato de Cálcio
P - Portlandite
P
C30_(B3)
Intensidade (u.a)
C30_(B1)
A30_(A1)
C30_(A1)
C3_(A1)
Solo Natural
10
15
20
25
2θ
30
35
40
Figura 5.40 - Ampliação do difratograma da Figura 5.39
A análise permitiu identificar para além das fases já existentes no solo, identificadas no
Capítulo 3, fases de etringite (hidróxo-sulfato de alumínio e cálcio hidratado,
Ca6Al2(SO4)3(OH)12•26H2O), portlandite (hidróxido de cálcio, Ca(OH)2) e carbonato de
cálcio (CaCO3), tendo por base as fichas JCPDS (00-041-1451, 01-078-0315 e 01-083-1762,
respetivamente)
109
CONSIDERAÇÕES FINAIS
6 - CONSIDERAÇÕES FINAIS
6.1 - PRINCIPAIS CONCLUSÕES
O presente trabalho foi elaborado com o objetivo de avaliar as potencialidades do processo
de estabilização química com cimento na resistência à compressão simples de um solo
residual granítico.
Tendo em conta os resultados obtidos, pode-se concluir que o objetivo foi alcançado, pois
neste processo verificou-se que o teor em ligante usado na mistura com o solo influencia
positivamente o seu comportamento mecânico, que depende ainda das condições de cura,
baridade seca e do teor em água.
As principais conclusões que emergem do trabalho experimental são as seguintes:

O tipo de solo em estudo é adequado para a estabilização com cimento, tendo em
conta a sua classificação como areia siltosa. Indo assim de encontro a estudos desta
temática, por exemplo o postulado por Reddy e Kumar (2011) os quais recomenda
o uso de solos arenosos para estabilizações com cimento.

A resistência à compressão simples aumenta com o teor em cimento,
independentemente da densidade das misturas, sendo este aumento alterado
significativamente aquando o incremento de pequenas percentagens de cimento.

Sendo também de destacar que a resistência à compressão simples para o mesmo
tempo de cura, é mais elevada para teores de cimento maiores. Isto deve-se à
formação de maiores quantidades de material cimentício, pois existe maior
percentagem de cimento disponível o que leva a serem atingidas resistências
maiores.

Relativamente ao tempo de cura, à medida que este evolui existe um aumento da
resistência à compressão simples das misturas solo-cimento, sendo este aumento
mais significativo na generalidade dos casos até aos 7 dias. Até aos 60 dias existe
um acréscimo, mas já não apresenta ser tão significativo sendo a partir dos 60 dias
reduzido. Em média, a cura entre os 60 e os 90 dias permitiu um aumento de
111
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
resistência de apenas 10% da resistência máxima. Da mesma forma, verifica-se que
aos 30 dias a resistência era já superior a 78% do valor final.

Tendo em conta o tipo de solo em estudo (solo arenoso), podemos dizer que a
quantidade de água que conduz à máxima resistência das misturas encontra-se
abaixo do teor ótimo determinado no ensaio de compactação leve, ou seja é
preferível efetuar a compactação no processo de moldagem de solos estabilizados
quimicamente com cimento do lado seco da curva de compactação. A realização da
compactação do lado húmido, ou seja para valores superiores ao teor ótimo em
água não é eficaz, porque com o aumento contínuo de água deixa de haver contacto
de determinadas zonas do ar do solo com a atmosfera ficando o ar retido entre o
solo e a água. Assim o aumento do teor em água conduz à diminuição do peso
volúmico seco.

A resistência à compressão simples do solo-cimento compactado aumenta para
pequenos aumentos da densidade seca, isto deve-se ao facto de haver melhor
contacto entre as partículas e com isto uma redução da porosidade das amostras
compactadas, portanto mais eficaz a cimentação.

Assim, a resistência e o desempenho da estabilização química com cimento do solo
residual granítico são influenciadas pelo teor em cimento, tempo de cura, teor em
água e baridade seca da mistura compactada.

A caracterização feita quer ao solo natural como ao estabilizado recorrendo à
técnica de Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM), permitiu perceber
algumas diferenças microestruturais ocorridas. Comparando as imagens SEM do
solo natural com as do solo estabilizado é possível perceber algumas modificações
na morfologia do solo. Com a adição de cimento ao solo natural ficamos com uma
microestrutura mais agregada, sendo também possível identificar as várias fases
ocorridas no solo-cimento inerentes à adição de cimento.
112
CONSIDERAÇÕES FINAIS
6.2 - TRABALHOS FUTUROS
Em relação ao prosseguimento dos trabalhos realizados no âmbito desta dissertação, que
possa vir a contribuir para uma maior clarificação da temática abordada, apresenta-se em
seguida algumas ideias.

Seria importante desenvolver um trabalho de campo, para assim verificar se no
campo os resultados diferiam muitos dos obtidos laboratorialmente.

Validar o procedimento laboratorial de preparação das amostras a outro tipo de
solos.

Fazer uma experiência relativamente aos teores em humidade, passando esta pelo
acréscimo nos teores em humidade de 1%, por exemplo, para ter em conta as
perdas no processo de moldagem e assim garantir a proximidade dos teores obtidos
laboratorialmente com os estipulados.

Para caracterizar melhor o comportamento destes solos estabilizados seria
interessante realizar ensaios triaxiais, com estes conseguem-se resultados mais
realistas como os de campo devido ao confinamento.

Relativamente à parte da microscopia seria interessante fazer uma preparação mais
minuciosa das misturas, para assim poder esclarecer a viabilidade da técnica no que
diz respeito a análise das alterações morfológicas ocorridas nas diferentes
estabilizações.
113
BIBLIOGRAFIA
7 - BIBLIOGRAFIA
ASTM D 1633 (2000). Standard Test Methods for Compressive Strength of Molded SoilCement Cylinders. American Society for Testing and Materials.
ASTM D 2166 (2000). Standard test method for unconfined compressive strength of
cohesive soil. American Society for Testing and Materials.
ASTM D 2487 (2000). Standard Practice for Classification of Soils for Engineering
Purposes (Unified Soil Classification System). American Society for Testing and Materials.
ASTM D 4609 (2001). Standard guide for evaluating effectiveness of admixtures for soil
stabilization. American Society for Testing and Materials.
Branco, F., Pereira, P., & Santos, L. P. (2006). Pavimentos Rodoviários. Edições
Almedina, SA, Coimbra.
BS 1377 (1975). Methods of test for soils for civil engineering purposes. British Standard
Institution.
Coelho, P. L. (2000). Caracterização Geotécnica de solos moles. Estudo do local
experimental da Quinta do Foja (Baixo Mondego). Dissertação de Mestrado, Dep. Engª Civil
da FCTUC, Coimbra.
Consoli, N. C., D, P., Foppa, D., Festugato, L., Heineck, K. S., & Sc, D. (2007). Key
parameters for strength control of artificially cemented soils. Journal of Geotechnical and
Geoenvironmental Engineering , Vol. 133, No. 2, pp. 197-205.
Consoli, N. C., Fonseca, A. V., Sc., D., Cruz, R. C., Sc., D., Heineck, K. S. (2009).
Fundamental parameters for the stiffness and strength control of artificially cemented sand.
Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering , Vol. 135, No. 9. pp. 13471353.
115
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
Correia, A. S. (2011). Aplicabilidade da técnica de deep mixing aos solos moles do Baixo
Mondego. Dissertação para obtenção do grau de Doutor, Dep. Engª Civil da FCTUC,
Coimbra.
Cristelo, N. C. (2009). Deep soft soil improvement by alcaline activation. Dissertação para
obtenção do grau de Doutor, Newcastle University, Newcastle.
Cristelo, N. C. (2001). Estabilização de solos residuais graníticos através da adição de cal.
Tese de Mestrado, Universidade do Minho, Guimarães.
Cruz, M. L., & Jalali, S. (2008). Melhoramento do desempenho de misturas de solocimento com recurso a activadores de baixo custo.
Cruz, N., Rodrigues, C., & Fonseca, A. V. (2011). The influence of cementation in the
critical state behaviour of artificial bonded soils. International Symposium on Deformation
Characteristics of Geomaterials , Seoul, Korea, PP.730-737.
Duarte, N. S. (2008). Processamento de Compósitos Ti-Si-Mg-Al por Síntese Mecânica e
Consolidação por HIP. Dissertação de Mestrado, Dep. Eng.ª Mecânica da FCTUC, Coimbra.
E195 (1966). Preparação por via seca de amostras para ensaios de identificação.
Especificação do LNEC, Lisboa, Portugal.
E196 (1966). Solos - Análise granulométrica. Especificação do LNEC, Lisboa, Portugal.
E197 (1966). Solos - Ensaio de compactação. Especificação do LNEC, Lisboa, Portugal.
E243 (1971). Solo-Cimento. Especificações do LNEC, Lisboa, Portugal.
E264 (1972). Solo-Cimento - Ensaio de compressão. Especificações do LNEC, Lisboa,
Portugal.
EN 14679 (2005). Execution of special geotechnical works - Deep mixing. CEN, English
Version.
116
BIBLIOGRAFIA
Eurosoilstab (2001). Developmente of design and construction methods to stabilise soft
organic soils. Design guide soft soil stabilization. European Commission.
Fernandes, M. M. (2006). Mecânica dos Solos: Conceitos e Princípios Fundamentais.
Volume I. 1º Edição, FEUP Edições.
Fonseca, A. (1988). Caracterização Geotécnica de um Solo Residual do Granito da Região
do Porto. Dissertação de Mestrado, FEUP, Porto.
Fonseca, A. V., Cruz, R. C., & Consoli, N. C. (2009). Strength properties of sandy soilcement admixtures. Geotechnical and Geological Engineering , Vol. 27, pp. 681-686.
Fylak, M., Goske, J., Kachler, W., Wenda, R., & Pollmann, H. (2006). Cryotransfer
scanning electron microscopy for the study of cementitious systems. European Microscopy
and Analysis , Vol.4, No.4, pp. 9-12.
Horpibulsuk, S., Rachan, R., Chinkulkijniwat, A., Raksachon, Y., & Suddeepong, A.
(2010). Analyses of stenght development in cemente-stabilized silty clay from microstructural
considerations. Construction and Buildings Materials, Vol. 24 , pp. 2011-2021.
Janz, M., & Johansson, S. -E. (2002). The function of different binding agents in deep
stabilization. Sweedish Deep Stabilization Research Centre, Report 9, Linkoping, Sweden.
Marques, J. R. (2002). Paredes de Taipa. Monografia da cadeira de Tecnologias da
Construção de Edifícios do 11º Mestrado em Construção do Instituto Superior Técnico,
Lisboa.
Muhunthan, B., & Sariosseiri, F. (2008). Interpretation of Geotechnical Properties of
Cement Treated Soils. Department of Civil & Environmental Engineering Pullman,
Washington State University.
NP EN 197-1 (2001). Cimento. Parte 1: Composição, especificações e critérios de
conformidade para cimentos correntes. IPO, Edição de Abril.
NP143 (1969). Solos - Determinação dos limites de consistência. Norma Portuguesa
Definitiva.
117
Caracterização geotécnica de um solo residual granítico estabilizado com cimento
NP83 (1965). Solos - Determinação da densidade das partículas. Norma Portuguesa
Definitiva.
NP84 (1965). Solos - Determinação do teor em água. Norma Portuguesa Definitiva.
Pinto, A. (2004). Sistemas ligantes obtidos por activação alcalina do metacaulino.
Dissertação para obtenção do grau de Doutor, Universidade do Minho, Guimarães, Portugal.
Reddy, B. V., & Kumar, P. P. (2011). Cement stabilised rammed earth. Part A: compaction
characteristics and physical proporties of compacted cement stabilised soils. Materials and
Structures , Vol. 44, pp. 681-693.
Rios, S., Fonseca, A. V., Baudet, B., & Sammonds, P. (2011). Yield surface of an
artificially cemented silty sand. International Symposium on Deformation Characteristics of
Geomaterials , Seoul, Korea, pp. 677-681.
Santos, M. P. (1967). Curso de Solo-Cimento. Associação Técnica da Indústria do
Cimento. Lisboa.
Silva, S. R. (2011). A General Framewok for the Geomechanical Characterisation of
Artificially Cemented Soil. Dissertação para obtenção do grau de Doutor, FEUP, Porto.
118