UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
DOUGLAS TISCOSKI
ANÁLISE DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES DA
MISTURA SOLO CIMENTO E PERMA-ZYME®
PARA FINS RODOVIÁRIOS
CRICIÚMA, DEZEMBRO DE 2009
DOUGLAS TISCOSKI
ANÁLISE DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES DA
MISTURA SOLO CIMENTO E PERMA-ZYME®
PARA FINS RODOVIÁRIOS
TCC apresentado como requisito parcial, para
obtenção do grau de Engenheiro Civil, no curso
de Engenharia Civil, da Universidade do
Extremo Sul Catarinense, UNESC.
Orientador: Prof. Msc. Adailton Antônio dos
Santos
CRICIÚMA, DEZEMBRO DE 2009
DOUGLAS TISCOSKI
ANÁLISE DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES DA
MISTURA SOLO CIMENTO E PERMA-ZYME®
PARA FINS RODOVIÁRIOS
Trabalho de Conclusão de Curso aprovado pela
Banca Examinadora para obtenção do Grau de
Engenheiro Civil, no Curso de Engenharia civil
da Universidade do Extremo Sul Catarinense,
UNESC, com Linha de Pesquisa em
Pavimentação.
Criciúma, 07 de dezembro de 2009.
BANCA EXAMINADORA
Eng. Adailton Antônio dos Santos – Mestre – (UNESC) – Orientador
Prof. Gilson Bez Fontana Menegali – Químico Industrial – (UNESC) – Banca
Eng. Pedro Arns – Especialista – (UNESC) – Banca
Dedico este trabalho a toda minha
família, a minha noiva Ingridt e aos
meus
amigos.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus.
Aos meus pais Wilmar e Hilda, e minhas irmãs
pelo apoio e compreensão.
A minha noiva Ingridt Borges Külkamp que tem
sido a grande motivação da minha vida.
A todos os professores que me acompanharam
nessa
caminhada,
transmitido,
em
pelo
especial
conhecimento
ao
professor
e
orientador Adailton Antônio dos Santos.
Aos laboratoristas Maison Maron de Matos e
Ricardo Cerutti, do laboratório de Mecânica dos
Solos,
pela
disponibilidade e
ajuda
para
realização dos ensaios.
Aos colegas do curso de Engenharia Civil, que
estiveram presentes e puderam me auxiliar
nesta etapa.
A toda minha família, amigos e a todos os que
de alguma forma sempre torceram para que eu
conseguisse atingir meus objetivos.
RESUMO
Esta pesquisa teve como objetivo verificar a possível redução do teor de cimento
necessário para atingir uma resistência à compressão simples ≥ 2,1 MPa na mistura
solo cimento estudado por Feltrin, (2008), estabilizado com aditivo orgânico PERMAZYME®, para fins rodoviários. Os experimentos realizados em laboratório consistiram
em ensaios de caracterização (análise granulométrica, limites de liquidez e limites de
plasticidade) e classificação TRB do solo em seu estado natural. No estudo foram
utilizadas amostras de solo natural adicionando-se: 2%, 4%, 6%, 8%, 10%, 12%,
14%, 16%, 18% e 20%, de cimento. Para cada um dos teores foram moldados 4
corpos-de-prova de ambas as formas: 1/500 (1g de aditivo para 500 g de solo seco)
e 1/1000 (1g de aditivo para 1000 g de solo seco) de aditivo orgânico PERMAZYME®. Após 7 dias de cura realizaram-se ensaios de resistência à compressão
simples. Sendo que para cada tipo de mistura foram rompidos 4 corpos-de-prova, 2
inundados em água por 4 horas e 2 não inundados. A análise dos resultados dos
ensaios realizados demonstrou que as misturas de solo cimento apresentaram
melhores valores quanto à resistência à compressão simples até o teor de cimento
de 10%, voltando a ser melhor nos teores de 18% e 20%. A mistura solo cimento
PERMA-ZYME® se mostrou melhor na proporção 1/1000, atingindo a resistência à
compressão simples de 2,1 MPa em um teor 4% menor que a mistura solo cimento,
sendo possível sua utilização como camada de base para fins rodoviários.
Palavras-chave: Solo. Cimento. PERMA-ZYME®
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Colher de Casagrande ............................................................................19
Figura 2: Ensaio de limite de plasticidade ............................................................20
Figura 3: Curva granulométrica de um solo .........................................................21
Figura 4: Curvas granulométricas de alguns solos brasileiros ..........................22
Figura 5: Curva típica de compactação.................................................................24
Figura 6: Divisão entre as bases e sub-bases flexíveis e semi-rígidas..............32
Figura 7: Processo de reação do PERMA-ZYME® ................................................42
Figura 8: Localização aérea via satélite da jazida J05 .........................................45
Figura 9: Planta de localização da jazida J05 .......................................................46
Figura 10: Coleta em situ do solo utilizado na pesquisa .....................................47
Figura 11: Mapa Geológico do Lote 27..................................................................49
Figura 12: Fluxograma dos procedimentos adotados em laboratório ...............52
Figura 13: Determinação da umidade, por meio do .............................................53
método de frigideira................................................................................................53
Figura 14: Aparelho de Casagrande, determinação do LL ..................................55
Figura 15: Ensaio de LP..........................................................................................56
Figura 16: Peneiras do ensaio................................................................................57
Figura 17: Amostra de solo ....................................................................................59
Figura 18: Mistura de solo com cimento, já homogeneizada ..............................59
Figura 19: Preparo da solução de PERMA-ZYME® + água..................................60
Figura 20: Colocação do solo no cilindro .............................................................60
Figura 21: Compactação com o soquete de proctor normal ...............................61
Figura 22: Retirada do espaçador..........................................................................61
Figura 23: Regularização da superfície .................................................................62
Figura 24: Retirada do CPs do cilindro .................................................................62
Figura 25: Pesagem do corpo-de-prova (CPs)......................................................63
Figura 26: CPs em plásticos para os 7 dias de cura ............................................64
Figura 27: CPs prontos para serem rompidos......................................................64
Figura 28: CPs imersos por 4 horas antes de serem rompidos..........................65
Figura 29: Prensa Emic - ensaio de compressão simples...................................65
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Linha de tendência dos valores de RCS para o solo cimento sem o
aditivo orgânico.......................................................................................................69
Gráfico 2: Resultados de RCS de CPS moldados em solo cimento ...................70
Gráfico3: Linha de tendência dos valores de RCS correspondentes a dosagem
1/500 .........................................................................................................................72
Gráfico 4: Resultados de RCS correspondentes a dosagem 1/500 ....................73
Gráfico 5: Linha de tendência dos valores de RCS correspondentes a dosagem
1/1000 .......................................................................................................................75
Gráfico 6: Resultados de RCS correspondentes a dosagem 1/1000 ..................76
Gráfico 7: Comparativo entre a média de resistência à compressão simples...77
Gráfico 8: Análise comparativa da RCS na dosagem de 8% de cimento ...........78
Gráfico 9: Análise comparativa da RCS na dosagem de 10% de cimento .........78
Gráfico 10: Análise comparativa da RCS na dosagem de 12% de cimento .......79
Gráfico 11: Análise comparativa da RCS na dosagem de 14% de cimento .......79
Gráfico 12: Análise comparativa da RCS na dosagem de 16% de cimento .......80
Gráfico 13: Análise comparativa da RCS na dosagem de 18% de cimento .......81
Gráfico 14: Análise comparativa da RCS na dosagem de 20% de cimento .......81
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Sistema de classificação HRB ..............................................................27
Tabela 2: Critérios de utilização do solo...............................................................47
Tabela 3: Coluna estratigráfica regional ...............................................................48
Tabela 4: Dosagens de aditivo ...............................................................................50
Tabela 5: Normas referentes aos ensaios.............................................................54
Tabela 6: Etapas e números de golpes correspondente .....................................54
Tabela 7: Características físicas do solo ..............................................................66
Tabela 8: Valores correspondentes ao solo cimento sem aditivo orgânico ......68
Tabela 9: Valores correspondentes a dosagem 1/500 PERMA-ZYME®...............71
Tabela 10: Valores correspondentes a dosagem 1/1000 PERMA-ZYME®...........74
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABCP
Associação Brasileira de Cimento Portland
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
CPs
Corpos-de-prova
DNER
Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT
Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transportes
HRB
Highway Research Board
IG
Índice de Grupo
IP
Índice de Plasticidade
IPAT
Instituto de Pesquisas Ambientais e Tecnológicas
LL
Limite de Liquidez
LMS
Laboratório de Mecânica dos Solos
LP
Limite de Plasticidade
NBR
Norma Brasileira Regulamentadora
PCA
Portland Cement Association
RCS
Resistência à Compressão Simples
TRB
Transportation Research Board
UNESC
Universidade do Extremo Sul Catarinense
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................13
1.1 Problema de Pesquisa ......................................................................................13
1.2 Justificativa........................................................................................................13
1.3 Objetivos ............................................................................................................14
1.3.1 Objetivo Geral.................................................................................................14
1.3.2 Objetivo Específico ........................................................................................14
2 REFERENCIAL TEÓRICO.....................................................................................15
2.1 Definição de Solo ..............................................................................................15
2.1.1 Estrutura dos Solos .......................................................................................16
2.1.1.1 Solos Coesivos............................................................................................16
2.1.1.2 Solos Não-coesivos ....................................................................................17
2.1.2 Índices Físicos................................................................................................17
2.1.3 Ensaios para Caracterização do Solo...........................................................18
2.1.4 Limites de Atterberg.......................................................................................18
2.1.4.1 Limite de Liquidez (LL) ...............................................................................18
2.1.4.2 Limite de Plasticidade (LP).........................................................................19
2.1.4.3 Índice de Plasticidade (IP) ..........................................................................20
2.1.5 Granulometria.................................................................................................20
2.1.5.1 Análise Granulométrica ..............................................................................21
2.1.5.2 Ensaio de Peneiramento.............................................................................22
2.1.6 Compactação dos Solos................................................................................23
2.1.6.1 Ensaio de Proctor Normal ..........................................................................23
2.1.6.2 Curva de Compactação...............................................................................24
2.1.6.3 Fatores que Afetam a Compactação..........................................................25
2.1.7 Classificação dos Solos ................................................................................25
2.1.7.1 Sistema de Classificação Transportation Research Board - TRB...........26
2.2 Estabilização do Solo........................................................................................28
2.2.1 Métodos de Estabilização..............................................................................28
2.2.1.1 Estabilização Mecânica...............................................................................29
2.2.1.2 Estabilização Química.................................................................................29
2.2.1.2.1 Cimento Portland......................................................................................30
2.2.2 Estabilização de Solos com Aplicação de Aditivo ......................................31
2.2.2.1 Aditivos Utilizados na Estabilização de Solos para Pavimentação ........31
2.2.2.1.1 Solo Cimento ............................................................................................32
2.2.2.1.1.1 Tipos de Mistura entre Solo e Cimento ...............................................34
2.2.2.1.1.2 Mecanismo de Reação da Mistura Solo Cimento ...............................34
2.2.2.1.1.3 Fatores que Influenciam na Mistura Solo Cimento ............................35
2.2.2.1.2 Dosagem do Solo Cimento......................................................................36
2.2.2.1.2.1 Norma Geral de Dosagem de Solo Cimento .......................................37
2.2.2.1.2.2 Norma Simplificada de Dosagem de Solo Cimento............................38
2.2.3 Critério Adotado pela HRB para a Utilização do Solo na Mistura Solo
Cimento ....................................................................................................................38
2.2.4 Ensaio de Compactação de Solo Cimento...................................................39
2.2.4.1 Escolha do Teor de Cimento para Ensaio de Compactação ...................39
2.2.5 Moldagem dos Corpos-de-prova para o Teor de Cimento Determinado...40
2.2.6 Ensaio de Compressão Simples ...................................................................40
2.2.7 Resultado da Dosagem pela NBR 12253/92 .................................................40
2.2.8 Aditivo Orgânico PERMA-ZYME® ..................................................................41
2.2.8.1 Composição e Reação do Aditivo Orgânico PERMA-ZYME® ..................41
2.2.8.2 Características Físicas do Solo Exigidas para o Uso do PERMA-ZYME®
..................................................................................................................................42
2.2.8.3 Aplicações do Aditivo Orgânico PERMA-ZYME®......................................43
2.2.8.4 Vantagens no uso do Aditivo Orgânico PERMA-ZYME® ..........................43
3 METODOLOGIA ....................................................................................................44
3.1 Introdução..........................................................................................................45
3.2 Materiais.............................................................................................................45
3.2.1 O Solo..............................................................................................................46
3.2.1.1 Estudos Geológicos....................................................................................47
3.2.1.2 Geologia Geral .............................................................................................47
3.2.1.3 Geologia Local.............................................................................................48
3.2.2 Aditivos Químicos ..........................................................................................49
3.2.2.1 Cimento ........................................................................................................50
3.2.2.2 Aditivo orgânico PERMA-ZYME® ...............................................................50
3.3 Metodologia Empregada...................................................................................50
3.3.1 Metodologia de Campo ..................................................................................52
3.3.2 Metodologia de Laboratório ..........................................................................53
3.3.2.1 Ensaios de Caracterização do Solo ...........................................................53
3.3.2.1.1 Limite de liquidez .....................................................................................54
3.3.2.1.2 Limite de Plasticidade (LP)......................................................................55
3.3.2.1.3 Granulometria por Peneiramento............................................................56
3.3.2.1.4 Compactação ............................................................................................57
3.3.2.2 Estabilização do Solo com Cimento e Aditivo Orgânico .........................58
3.3.2.2.1 Mistura entre Aditivo Orgânico e Solo Cimento, Moldagem dos
Corpos-de-prova Cilíndricos (CPs)........................................................................58
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ............................................66
4.1 Caracterização do Solo.....................................................................................66
4.2 Resultados dos Ensaios de Resistência à Compressão Simples (RCS) após
7 dias de Cura..........................................................................................................67
4.2.1 Apresentação e Análise dos Dados de RCS do Solo Cimento ...................67
4.2.2 Apresentação e Análise dos Dados de RCS para a Dosagem de 1/500 de
Aditivo Orgânico .....................................................................................................70
4.2.3 Apresentação e Análise dos Dados de RCS para a Dosagem de 1/1000 de
Aditivo Orgânico .....................................................................................................73
4.2.4 Comparativo entre os resultados em cada teor de cimento.......................76
4.2.5 Análise Econômica.........................................................................................82
5 CONCLUSÃO ........................................................................................................84
REFERÊNCIAS.........................................................................................................85
APÊNDICE................................................................................................................88
13
1 INTRODUÇÃO
1.1 Problema de Pesquisa
O solo é um material que possui uma grande variação em suas
propriedades físico-mecânicas. Quando utilizado em obras rodoviárias, estas
propriedades precisam atingir valores mínimos exigidos para seu uso. Normalmente,
na construção de pavimentos, quando o solo não atende as especificações
necessárias a um determinado uso ele é removido e substituído por um material de
melhor qualidade.
O setor rodoviário é responsável por grandes obras no país, está sempre
buscando novas jazidas de material natural, causando muitas vezes grandes
problemas ambientais. Existem algumas técnicas que são capazes de fazer com que
solos inadequados se tornem apropriados para serem usados em pavimentação.
Assim o solo passa a ter as características melhoradas, como resistência e
deformação, fazendo com que possa ser empregado no local previsto. Uma destas
técnicas é a adição de aditivos químicos, como o cimento ao solo, porém, em alguns
casos o teor do aditivo necessário para atender as exigências para uso do mesmo
em pavimentação, é elevado tornando a técnica inviável.
Neste contexto, questiona-se, a adição do aditivo orgânico PERMAZYME® ao solo cimento será capaz de reduzir o teor de cimento necessário para
atingir 2,1 MPa de resistência à compressão simples. E ainda, o custo total desta
estabilização irá reduzir?
1.2 Justificativa
Os aditivos químicos têm sido usados nas obras de pavimentação, com o
intuito de melhorar as características físicas e mecânicas dos solos, isto é, sua
estabilidade, que se reflete no ganho de resistência do material, como o aumento de
resistência à compressão simples. A utilização do cimento como aditivo, é a mais
14
difundida e empregada devido ao fato de ser aplicável a vários tipos de solos. No
entanto, em alguns casos o teor de cimento necessário para atingir a resistência à
compressão simples de 2,1 MPa é elevado, ou seja, é superior a 10%, muitas vezes
tornando a técnica inviável. Foi proposto neste trabalho adicionar o aditivo orgânico
PERMA-ZYME® ao solo cimento com o intuito de reduzir este teor.
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo Geral
O objetivo do presente trabalho é reduzir o teor de cimento necessário
para atingir a resistência à compressão simples mínimas impostas pelo DNIT, da
mistura solo cimento estudada por Feltrin, (2008). Na tentativa de viabilizar a
utilização do solo cimento estudado no presente trabalho em obras rodoviárias, a
partir da utilização do aditivo orgânico PERMA-ZYME®.
1.3.2 Objetivo Específico
Coletar as amostras de solo que serão utilizadas no estudo;
Determinar as características físicas (LL, LP e granulometria) através de
ensaios de caracterização;
Determinar as características mecânicas (peso específico seco máximo e
umidade ótima) através do ensaio de compactação;
Moldar os CPs na umidade ótima para os teores de cimento de 2%, 4%, 6%,
8%, 10%, 12%, 14%, 16%, 18% e 20%, com adição do aditivo orgânico
PERMA-ZYME® na proporção 1/500 e 1/1000.
Determinar a resistência à compressão simples dos CPs após 7 dias de cura;
Identificar em que dosagem a resistência à compressão simples foi ≥ 2,1
MPa;
15
Comparar os resultados entre os corpos de prova moldados com solo
cimento, e os corpos de prova moldados com solo cimento e o aditivo
orgânico PERMA-ZYME®;
Verificar se houve redução no teor de cimento necessário para que a
resistência à compressão simples fosse ≥ 2,1 MPa.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Definição de Solo
A palavra solo pode ter várias definições de acordo com a área
profissional em que é aplicado. Basicamente quer dizer superfície do chão. Em
mecânica dos solos a palavra solo tem um significado especifico voltado para a
Engenharia.
Sendo um dos mais antigos materiais de construção utilizados pelo
homem, o solo está presente em quase todos os tipos de obras, e muitas vezes
sendo utilizado como base de suporte para estruturas de fundação, deste modo, é
fundamental o conhecimento das características deste material para que se possa
prever o seu comportamento diante das solicitações.
Segundo Caputo (1983, p14), os solos são materiais que resultam do
intemperismo ou meteorização das rochas por desintegração mecânica ou
decomposição química.
Segundo Vargas (1977, p.4), “sob ponto de vista puramente técnico,
aplica-se o termo solo a materiais da crosta terrestre que servem de suporte, são
arrimados, escavados ou perfurados e utilizados nas obras de Engenharia Civil”.
O solo é definido como agregado não-cimentado de grãos minerais e
matéria orgânica decomposta (partículas sólidas), com liquido e gás nos espaços
vazios entre as partículas sólidas, (DAS, 2007, p.1).
16
2.1.1 Estrutura dos Solos
Segundo Vargas (1977, p.41) a estrutura de um solo é definida como o
arranjo ou configuração das partículas do solo entre si. Entre os fatores que afetam
a estrutura do solo estão à forma, o tamanho e composição mineralógica das
partículas. Em geral os solos classificam-se em dois grandes grupos:
Coesivos
Não-coesivos
2.1.1.1 Solos Coesivos
Os
grãos
destes
tipos
de
solos
são
muito
finos,
geralmente,
imperceptíveis a olho nu. Para compreender as estruturas básicas em solos
coesivos, é necessário primeiramente conhecer os tipos de forças que agem entre
as partículas de argila suspensas em água. Assim, conforme Vargas (1977, p.43),
cada uma das partículas pode sedimentar muito lentamente ou permanecer em
suspensão. Este é o chamado estado disperso. O sedimento formado pela
decantação das partículas individuais tem estrutura dispersa e todas as partículas
estão orientadas mais ou menos paralelas umas as outras. Quando existe um
potencial atrativo, elas podem no seu movimento ser captadas umas pelas outras e
sedimentar-se em flocos constituindo a floculação. Assim, o potencial atrativorepulsivo pode ser influenciado pela condição iônica da água e também, pela
presença de cátions nas bordas das partículas de argila. Argilas com estruturas
floculadas têm pouco peso e possuem índices de vazios elevados (DAS, 2007,
p.65). Quando o sal é adicionado a uma suspensão de argila em água que foi
dispersa inicialmente, os íons tendem a enfraquecer a camada dupla ao redor das
partículas. De acordo com Das (2007, p.65), este enfraquecimento reduz a repulsão
entre as partículas. As partículas de argila são atraídas umas pelas outras para
formar flocos e decantar. Depósitos de argila formados no mar são altamente
floculados devido à alta concentração iônica (VARGAS, 1977, p.43).
17
2.1.1.2 Solos Não-coesivos
As estruturas geralmente encontradas em solos não-coesivos podem ser
dividas em duas categorias principais: com grãos isolados e alveolares. Segundo
Das (2007, p.63), a forma e a distribuição de tamanho das partículas do solo e suas
posições relativas influem sobre a densidade do agrupamento, assim um grande
intervalo de índices de vazios é possível. Assim, solos com estrutura alveolar
apresentam elevado índice de vazios e conseqüentemente, grande probabilidade de
recalque quando submetidos a cargas elevadas.
2.1.2 Índices Físicos
Os índices e as relações apresentadas abaixo desempenham um
importante papel no estudo das propriedades dos solos, uma vez que estas
dependem dos seus constituintes e das proporções relativas entre eles (CAPUTO,
1988, p 39).
Umidade: a umidade de um solo pode ser definida como sendo a razão entre
o peso da água contida em um determinado volume de solo úmido e o peso
seco.
Peso específico aparente: é a razão entre o peso total da amostra e seu
volume.
Peso específico aparente seco: corresponde à relação entre o peso total da
amostra seca e seu volume total.
Índice de vazios: é a razão entre o volume de vazios e o volume ocupado
pela parte sólida do solo. Pode ser determinado em função do peso
específico das partículas do solo e o peso específico aparente seco.
Grau de compacidade: o estado natural de um solo não coesivo (areia,
pedregulho) define-se pelo grau de compacidade ou densidade relativa.
Porosidade: é a razão entre o volume de vazios e o volume total de uma
amostra de solo, sempre expressa em porcentagem.
18
Grau de saturação: é a porcentagem volumétrica de água existente nos
vazios de um solo. É a relação entre o volume de água e volume de vazios.
Peso específico aparente saturado: é o peso específico do solo que pode
ficar saturado, sem que ocorra variação no seu volume.
Peso específico aparente submerso: é o peso específico efetivo do solo
quando submerso, e corresponde ao peso específico natural menos o peso
específico da água.
2.1.3 Ensaios para Caracterização do Solo
Em mecânica dos solos adotou-se como propriedades índices dos solos,
algumas de suas propriedades físicas mais imediatas tais como: granulometria,
plasticidade, atividade da fração fina dos solos e propriedades relacionadas com sua
maior ou menor compacidade e consistência (VARGAS, 1977, p.11). Por meio
destas propriedades os solos podem ser classificados em grupos.
Os limites de consistência foram estabelecidos pelo Engenheiro Atterberg
em 1908, para caracterizar as mudanças entre os estados de consistência.
Posteriormente Casagrande adaptou para a mecânica dos solos o procedimento
proposto por Atterberg, para descrever a consistência de solos com grãos finos e
teor de umidade variável (DAS, 2007, p.51). Portanto, dependendo do teor de
umidade o comportamento do solo pode ser dividido em quatro estados básicos:
sólido, semi-sólido, plástico e líquido.
2.1.4 Limites de Atterberg
2.1.4.1 Limite de Liquidez (LL)
A determinação do limite de liquidez (LL) é feita pelo aparelho de
Casagrande (figura 1), que consiste em um prato de latão em forma de concha,
19
sobre um suporte de ebonite. Por meio de um excêntrico, imprime-se ao prato
repetidamente, quedas de altura de 1 cm e intensidade constante (CAPUTO, 1983,
p.54).
De acordo com Das (2007, p.51) o limite de liquidez é definido como o
teor de umidade no ponto e transição do estado plástico para o estado líquido. No
Brasil este ensaio é padronizado pela NBR 6459 (1984).
Figura 1: Colher de Casagrande
Fonte: Autor
2.1.4.2 Limite de Plasticidade (LP)
Limite de plasticidade (LP) é, segundo Caputo (1983, p.56), determinado
pelo cálculo da porcentagem de umidade para a qual o solo começa se fraturar
quando se tenta moldar um cilindro de 3 mm de diâmetro e de 10 cm de
comprimento. É realizado manualmente por repetidos rolamentos da massa de solo
sobre a placa de vidro despolido (figura 2). No Brasil este ensaio é padronizado pela
NBR 7180(1984).
20
Figura 2: Ensaio de limite de plasticidade
Fonte: Tsutsumi, (2008)
2.1.4.3 Índice de Plasticidade (IP)
É a diferença entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade de um
solo. Para Caputo (1983, p.56), a zona em que o terreno se encontra no estado
plástico, máximo para as argilas e nulo para areias, fornece um critério para se
ajuizar do caráter argiloso de um solo. Assim quanto maior o IP, mais plástico será o
solo.
2.1.5 Granulometria
Segundo Caputo (1988, p.25), as frações constituintes dos solos recebem
denominações de acordo com as dimensões de suas partículas. Essas frações de
acordo com a escala granulométrica brasileira (ABNT) são:
Pedregulho: conjunto de partículas cujas dimensões (diâmetros equivalentes)
estão compreendidas entre 76 e 4,8 mm;
Areia: entre 4,8 e 0,05 mm;
Silte: entre 0,05 e 0,005 mm;
Argila: inferiores a 0,005 mm.
21
2.1.5.1 Análise Granulométrica
A análise granulométrica é a determinação das dimensões das partículas
do solo e as proporções relativas em que elas se encontram (Caputo, 1988, p.25).
Dois métodos são geralmente utilizados para determinação do tamanho das
partículas de solo:
Ensaio de peneiramento: partículas maiores que 0,075mm de diâmetro;
Ensaio de sedimentação: partículas menores que 0,075m de diâmetro.
No Brasil estes ensaios são padronizados pela NBR 7181 (1984).
A curva de distribuição granulométrica pode ser utilizada para determinar
alguns parâmetros do solo, como:
Diâmetro efetivo;
Coeficiente de uniformidade;
Coeficiente de curvatura;
Coeficiente de segregação.
As (figuras 3 e 4) mostram exemplos de curva granulométrica.
Figura 3: Curva granulométrica de um solo
Fonte: Pinto (2006, p.09)
22
Figura 4: Curvas granulométricas de alguns solos brasileiros
Fonte: Pinto (2006, p.12)
Segundo Das (2007, p.28), a curva de distribuição granulométrica mostra não
somente os tamanhos das partículas presentes em solo, mas também o tipo de
distribuição de partículas de vários tamanhos.
2.1.5.2 Ensaio de Peneiramento
O ensaio de peneiramento consiste em agitar uma amostra de solo seca
por um conjunto de peneiras com aberturas padronizadas pela NBR 10703 (1997),
que são progressivamente menores. A menor peneira normalmente empregada
neste ensaio é a de 0,075 mm (nº 200). Após o solo ser agitado, a massa retida em
cada peneira é determinada.
23
2.1.6 Compactação dos Solos
De acordo com Caputo (1983, p.172), entende-se por compactação de
um solo o processo manual ou mecânico que visa reduzir o volume de seus vazios,
e assim, aumentar sua resistência, tornando-o mais estável. A compactação de um
solo visa melhorar suas características, não só quanto à resistência, mas também
aos aspectos de permeabilidade, compressibilidade e absorção de água. Segundo
Das (2007, p.84), a compactação é a densificação do solo por meio da remoção do
ar, o que requer aplicação de uma energia mecânica.
2.1.6.1 Ensaio de Proctor Normal
O ensaio original para determinação da umidade ótima e do peso
específico máximo de um solo é o ensaio de Proctor, proposto em 1933 pelo
engenheiro americano Ralph Proctor (CAPUTO,1983, p.175). Este ensaio é também
conhecido como ensaio de Proctor normal, padronizado no Brasil pela NBR 7182
(1986). Consiste em um recipiente cilíndrico, no qual uma amostra de solo será
compactada em três camadas, sendo aplicados 26 golpes de soquete com massa
de 2,5 kg, caindo de uma altura de 30,5 cm, a cada camada. Concluída esta etapa, o
material é pesado ainda no cilindro, descontando-se o peso do cilindro, sendo
determinado então o peso úmido. O ensaio é repetido para diferentes teores de
umidade, determinando para cada um deles o peso específico aparente.
Segundo Grande (2003, p.12), Proctor percebeu que para uma energia de
compactação constante, ao se adicionar água no solo, sua densidade aparente
aumentava até certo ponto, chamado de umidade ótima. Ao acrescentar teores de
umidade acima do ótimo a densidade torna a reduzir, pois o excesso de água
absorve parte da energia de compactação e redistribui ao sistema, afastando assim
as partículas sólidas.
24
2.1.6.2 Curva de Compactação
A curva de compactação é traçada com base nos dados obtidos no
ensaio de compactação para os diferentes teores de umidade, a umidade ótima (hot)
e o peso específico seco máximo (δsmáx) são obtidos através desta curva.
Para o traçado da curva de compactação é conveniente a determinação de pelo
menos cinco pontos, dos quais dois se encontrem no ramo seco à esquerda da
curva, como na (figura 5), um próximo à umidade ótima e os outros dois no ramo
úmido à direita da curva (CAPUTO,1983, p.175).
Figura 5: Curva típica de compactação
Fonte: DNIT (2006, p.42)
25
2.1.6.3 Fatores que Afetam a Compactação
Segundo Das (2007, p.87), além do teor de umidade, que influencia
diretamente o grau de compactação alcançado por um solo, outros fatores
significativos que afetam a compactação são:
Tipo de solo: a distribuição granulométrica, a forma dos grãos, o peso
específico dos sólidos, a quantidade e o tipo de minerais de argila.
Esforço de compactação: à medida que o esforço de compactação
aumenta, o peso específico seco máximo de compactação também aumenta,
mas o teor de umidade ótima reduz.
2.1.7 Classificação dos Solos
Dada a infinidade de solos que existem na natureza é necessário um
sistema de classificação que indique características geotécnicas comuns de um
determinado grupo de solos a partir de ensaios simples de identificação. Existem
diversos sistemas de classificação, podendo ser estes específicos ou não. Assim,
tem-se um sistema com base na origem dos solos (solos residuais, solos
transportados/sedimentares,
solos
orgânicos),
um
sistema
de
classificação
pedológica (solos zonais, intrazonais e azonais), um sistema com base na textura
(tamanho das partículas), um sistema de classificação visual e táctil, e sistemas que
levam em consideração parâmetros geotécnicos do solo. Segundo Pinto (2006,
p.52) os sistemas baseados no tipo e no comportamento das partículas são os mais
utilizados, os sistemas de classificação que se baseiam nas características dos
grãos que constituem os solos têm como objetivo a definição de grupos que
apresentam comportamentos semelhantes sob o aspecto de interesse da
engenharia civil. Nestes sistemas, os índices geralmente empregados são a
composição granulométrica e os índices de Atterberg. Os dois sistemas mais
empregados universalmente são o Sistema de classificação do TRB antigo Highway
Research Board (HRB) e o Sistema Unificado de Classificação dos Solos.
26
2.1.7.1 Sistema de Classificação Transportation Research Board - TRB
A classificação TRB, antigo (HRB) Highway Research Board, aprovado
em 1945, sendo um aperfeiçoamento do antigo sistema da Administração de
Estradas Públicas dos EUA proposto em 1929, é o mais comumente utilizado em
termos de pavimentação. Esta classificação fundamenta-se na granulometria, limite
de liquidez e índice de plasticidade dos solos. Um parâmetro adicionado nesta
classificação é o índice de grupo (IG), que é um número inteiro variando de 0 a 20,
baseado nos limites de Atterberg (LL e IP) do solo e na porcentagem de material fino
que passa na peneira 0,075mm (nº 200). O índice de grupo define a capacidade de
suporte do terreno de fundação de um pavimento. Os valores extremos do “IG”
representam solos ótimos para IG = 0 e solos péssimos para IG = 20. Seu valor
pode ser determinado graficamente ou pelo emprego da fórmula empírica:
IG = 0,2 . a + 0,005 . a . c + 0,01 . b . d, onde:
a = porcentagem do solo que passa na peneira nº 200, menos 35. Se o
valor de “a” for negativo adota-se zero, e se for superior a 40 adota-se este valor
como limite máximo.
b = porcentagem do solo que passa na peneira nº 200 menos 15. Se o
valor de “b” for negativo adota-se zero, e se for superior a 40 adota-se este valor
como limite máximo.
c = valor do limite de liquidez menos 40. Se o valor de “c” for negativo
adota-se zero, e se for superior a 20, adota-se este valor como limite máximo.
d = valor do índice de plasticidade menos 10. Se o valor de “d” for
negativo adota-se zero, e se for superior a 20, adota-se este valor como limite
máximo.
Os valores de "a", "b", "c" e "d" deverão ser expressos em números
inteiros e positivos, assim como o valor de IG.
Os solos são classificados em sete grupos, de acordo com a
granulometria (peneiras de nº 10, 40, 200) e de conformidade com os intervalos de
variação dos limites de consistência e índice de grupo. De acordo com a (Tabela 1)
os solos se dividem em dois grupos: solos grossos (quando a % passante na
27
peneira nº 200 (0,075mm) é inferior a 35%) que compreendem os grupos A-1, A-2 e
A-3, e solos finos (quando a % passante na peneira nº 200 é superior a 35%) que
compreendem os grupos A-4, A-5, A-6 e A-7.
Tabela 1: Sistema de classificação HRB
Fonte: Santos, 2008
28
Em geral os solos granulares têm índice de grupo compreendido entre 0 e 4, os
solos siltosos entre 1 e 12 e os argilosos entre 1 e 20.
2.2 Estabilização do Solo
A construção de estradas é a área da engenharia que certamente envolve
o maior número de tipos de solo dentro de uma mesma obra e onde as suas
características têm um papel preponderante na qualidade e no custo final das
construções. O ideal seria que na construção fosse utilizado o solo do próprio local
da obra como material de construção, porém normalmente estes materiais não
atendem as exigências mínimas necessárias para sua utilização (GUIMARÃES,
1980; NÓBREGA, 1985 apud FRANÇA, 2003).
Chama-se estabilização de solos o processo pelo qual se confere ao solo
uma maior resistência estável às cargas ou desgaste ou à erosão, por meio
de compactação, correção da sua granulometria e da sua plasticidade ou de
adição de substâncias que lhe confiram uma coesão proveniente da
cimentação ou da aglutinação dos seus grãos (VARGAS, 1977, P.93).
A estabilização de um solo consiste então na melhoria de suas
características a fim de torná-lo resistente a esforços, cargas e intempéries.
2.2.1 Métodos de Estabilização
Devido às disparidades e semelhanças nos processos e mecanismos
utilizados para a estabilização de solos, adota-se a natureza da energia transmitida
ao solo como um critério para a classificação dos métodos de estabilização. Desta
forma Marques (2005, p.65) cita alguns processos de estabilização: mecânica,
granulométrica, química, elétrica e térmica.
A estabilização não é necessariamente um processo ao qual toda e
qualquer propriedade de um solo é alterada para melhor. A aplicação de qualquer
método exige a identificação clara das propriedades do solo que se pretende
29
melhorar (Silva, 2007 apud Santos, 2008). De acordo com Marques (2005, p.65)
podem ser citados os seguintes tipos de estabilização: mecânica, granulométrica,
química, elétrica e térmica.
2.2.1.1 Estabilização Mecânica
A
estabilização
mecânica,
também
chamada
de
estabilização
granulométrica consiste basicamente em retirar ou adicionar partículas do solo
proporcionando uma correção granulométrica. A alteração das propriedades dos
solos pode ser também realizada por compactação e visa dar ao solo (ou mistura de
solos) uma condição de densificação máxima relacionada a uma energia de
compactação e a uma umidade ótima (Marques, 2003 apud Feltrin, 2008). É um
método que sempre é utilizado na execução das camadas do pavimento, sendo
complementar a outros métodos de estabilização.
2.2.1.2 Estabilização Química
A estabilização química visa alterar a estrutura de um solo através da
aplicação de determinada quantidade de aditivo capaz de melhorar suas
propriedades físicas e mecânicas, possibilitando assim a utilização deste material
em construções. Segundo Bresciani (2009, p.57), com a necessidade de aditivos
químicos que melhorem as propriedades naturais do solo, cada vez mais surgem
novidades, desde produtos industrializados até subprodutos ou resíduos industriais.
Alguns deles são: cimento, cal, PERMA-ZYME®, CON-AID®, betume, resina, cinza
volante, escória de alto-forno; restos de atividades agrícolas como palha de arroz,
casca de amendoim, bagaço de cana-de-açúcar; e materiais vegetais como restos
de madeira e sobras de papel.
Em solos granulares é aplicada principalmente para melhorar sua
resistência ao cisalhamento (causado pelo atrito produzido pelos contatos das
superfícies das partículas) através da adição de pequenas quantidades de ligantes
30
nos pontos de contato dos grãos (Marques, 2003, p.65). Entre os ligantes mais
utilizados estão o cimento Portland, cal, pozolanas, materiais betuminosos e resinas.
No presente trabalho o ligante utilizado foi o cimento Portland.
2.2.1.2.1 Cimento Portland
De acordo com o manual de pavimentação do DNER (1996, p.150),
dentre as categorias de cimentos atualmente fabricados no Brasil, destacam-se os
do tipo Portland comum, composto, de alto-forno, pozolânico, de alta resistência
inicial, e resistente a sulfatos. Assim, tem-se:
Cimento Portland comum - CP I e CP I - S (ABNT EB - 1/91);
Cimento Portland composto - CP II - E, CP II - Z e CP II – F (ABNT EB 2138/91);
Cimento Portland de alto-forno - CP III (ABNT EB-208/91);
Cimento Portland pozolânico - CP IV (ABNT EB - 758/91);
Cimento Portland de alta resistência inicial - CP V - ARI (ABNT EB - 2/91);
Cimentos Portland resistente à sulfatos - RS (NBR - 5737).
O tipo de cimento Portland utilizado no desenvolvimento da presente
pesquisa foi o CP II - Z - 32, ou seja, cimento Portland composto, que tem sua
definição semelhante ao cimento Portland comum, determinado como aglomerante
hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona, durante a
operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio.
Durante a moagem é permitido adicionar a esta mistura materiais pozolânicos,
escórias granuladas de alto-forno e/ou materiais carbonáticos, nos teores
especificados na EB - 1/91. A única diferença entre o cimento Portland composto e o
cimento Portland comum, é que a adição permitida de materiais pozolânicos
especificada na EB - 2138/91 (para cimento Portland composto) é sensivelmente
maior que a permitida em cimento Portland comum EB - 1/91.
31
2.2.2 Estabilização de Solos com Aplicação de Aditivo
Os aditivos possuem características bastante distintas. Representando
classes ou categorias diferenciadas, alguns são orgânicos, outros inorgânicos.
Dessa forma, se faz necessário conhecer algumas de suas propriedades a fim de se
verificar a viabilidade da utilização dos mesmos.
2.2.2.1 Aditivos Utilizados na Estabilização de Solos para Pavimentação
Os aditivos químicos estabilizantes são aplicados principalmente nos
solos utilizados em pavimentação. Foram utilizados primeiramente na construção de
estradas vicinais, visando o aumento da resistência e a redução do desgaste e a
formação de pó das camadas de subleito e revestimento primário (TRINDADE, 2005
apud FRANÇA, 2003).
No caso de rodovias, pavimento é a superestrutura, constituído por um
sistema de camadas de espessuras finitas, assentes sobre um semi-espaço
considerado teoricamente como infinito – a infra-estrutura ou terreno de
fundação, a qual é designada de subleito.
O subleito, limitado assim superiormente pelo pavimento, deve ser estudado
e considerado até a profundidade onde atuam, de forma significativa, as
cargas impostas pelo tráfego. Em termos práticos, tal profundidade deve
situar-se numa faixa de 0,60 m a 1,50 m (DNER, 1996, p.157).
De uma forma geral os pavimentos são classificados em flexíveis e
rígidos. O pavimento flexível é constituído das seguintes camadas: Revestimento,
Base, Sub-base, Reforço do Subleito e Subleito. E o pavimento rígido é constituído
de: Placa de concreto de cimento (camada que desempenha ao mesmo tempo o
papel de revestimento e de base) e Sub-base que é a camada empregada, com o
objetivo de melhorar a capacidade de suporte do subleito e/ou evitar o fenômeno de
bombeamento “pumping” dos solos subjacentes à placa de CCP (DNER, 1996,
p.157). As camadas de Base e Sub-base são ainda divididas em:
32
Granulares: são as camadas constituídas por solos, britas de rochas ou de
escória de alto forno, ou ainda, pela mistura desses materiais, as camadas
puramente granulares, são sempre flexíveis.
Flexíveis e semi-rígidas: são ainda divididas em granulares e estabilizadas
com aditivos conforme a (figura6).
Figura 6: Divisão entre as bases e sub-bases flexíveis e semi-rígidas
Fonte: DNER, (1996)
Segundo Bresciani (2009, p.59) a recomendação para que o aditivo
utilizado seja considerado ideal é de que este possua determinadas características,
são elas: ser hidrófobo, solúvel em água, ser resistente à oxidação e ao ataque de
microorganismos, ser aplicável como um líquido de baixa viscosidade além de ser
barato ou capaz de em pequenas quantidades quando forem mais caros propiciarem
ao solo, as propriedades citadas anteriormente.
2.2.2.1.1 Solo Cimento
É uma mistura devidamente compactada de solo, cimento Portland e
água. A mistura solo cimento deve satisfazer a certos requisitos de densidade,
durabilidade e resistência, dando como resultado um material duro, cimentado, de
acentuada rigidez à flexão. Para que isso aconteça algumas condições são de
33
extrema importância, três delas dependem diretamente das características do solo
com que se está trabalhando. Ou seja, a quantidade de água e de cimento e ainda a
massa específica aparente seca a ser alcançada após a compactação.
Baseado na experiência brasileira adquirida ao longo dos anos, o solo
estabilizado com cimento (solo cimento) utilizado nas bases e sub-bases, restringiuse aos tipos A1, A2, A3 e A4. Que podem ser vistos na tabela 1, classificação HRB.
Desta forma, segundo Marques (2003, p. 72), os solos siltosos e argilosos foram
descartados devido a dificuldades do processo de execução. Todo tipo de solo pode,
a princípio, ser estabilizado com cimento, porém, os solos finos requerem teores
elevados de cimento, ou seja, maiores que 10%, tornando-se assim muitas vezes
inadequados para fins de estabilização devido ao fator econômico. O teor de
cimento adotado usualmente é da ordem de 6% a 10%, (DNER, 1996, p.159). De
acordo com Vargas (1977, p.97) de uma forma geral, qualquer solo inorgânico pode
ser estabilizado com cimento, porém, para que seja economicamente bem sucedido
o solo deve atender determinadas exigências, não contendo:
Mais que 2% de matéria orgânica;
Nem mais que 0,2% de sulfatos;
Nem grãos de dimensões maiores que 75 mm.
Seria ainda apropriado que o solo apresentasse as seguintes características:
Porcentagem passante na peneira de 2” superior a 80%;
Porcentagem passante na peneira nº 4 (4,8mm) superior a 50%;
Porcentagem passante na peneira nº 40 (0,42mm) entre 100 e 15%;
Porcentagem passante na peneira nº 200 (0,075mm) inferior a 50%;
Limite de liquidez do ligante inferior a 45.
De acordo com Mariano (2008, p.57), com relação às misturas de solo
cimento ou solos tratados com cimento a ES-P 11/05, do DER do Paraná, especifica
para o emprego em bases e sub-bases, os seguintes limites:
a) solo melhorado com cimento:
Sub-base: 1,2 a 2,1 MPa;
Base: 1,5 a 2,1 MPa.
b) solo cimento:
Sub-base ou base: superior a 2,1 MPa.
34
Os procedimentos e dosagem do solo cimento para a determinação do
teor de cimento capaz de estabilizá-lo são normatizados pela NBR 12253 (1992).
2.2.2.1.1.1 Tipos de Mistura entre Solo e Cimento
Toda mistura envolvendo solo e qualquer teor de cimento tem sido
erroneamente chamado de mistura solo cimento (MARQUES, 2003 apud FELTRIN,
2008). Existem três diferentes tipos de misturas de solo estabilizado com cimento,
sendo o solo cimento, apenas uma delas:
Mistura solo cimento: produto obtido pela compactação e cura de uma
mistura íntima de solo, cimento e água, de modo a satisfazer condições
especificas de resistência e durabilidade.
Solo corrigido ou tratado com cimento: são misturas pobres em cimento
(2% a 5%) e visam modificar algumas de suas propriedades físicas, por
exemplo, baixar o índice de plasticidade através do aumento do LP e da
diminuição do LL ou diminuir as mudanças de volume e inchamento do solo.
Solo cimento Plástico: a quantidade de água no solo cimento é apenas para
permitir uma boa compactação e completa hidratação do cimento. No solo
cimento plástico a quantidade de cimento é aproximadamente 4% a mais para
satisfazer os critérios de durabilidade e estabilidade exigidos e também
devido à maior quantidade de água necessária para deixar a mistura na
consistência de argamassa. Este tipo de mistura é muito utilizado, entre
outros, em revestimento de valetas, valas, canais e taludes.
2.2.2.1.1.2 Mecanismo de Reação da Mistura Solo Cimento
Segundo Marques (2003, p.67), através do desenvolvimento das reações
químicas que são geradas na hidratação do cimento (mistura do cimento com água)
tem-se o processo de estabilização do solo com o cimento. A partir daí,
desenvolvem-se vínculos químicos entre as superfícies dos grãos do cimento e as
35
partículas de solo que estão em contato com o mesmo. Nos solos granulares
desenvolvem-se vínculos de coesão nos pontos de contato entre os grãos, e nos
solos argilosos, a ação da cal gerada sobre a sílica e a alumina do solo resulta o
aparecimento de fortes pontos entre as partículas de solo, sendo assim, estes solos
respondem melhor a estabilização com cimento, já que nos solos argilosos a reação
da cal gerada na hidratação e os argilominerais ocasionam uma queda no PH da
mistura, afetando a hidratação e o endurecimento do cimento.
Em resumo, segundo Abiko (1987 apud Grande 2003, p. 31), dois
processos podem explicar as reações que ocorrem no mecanismo de interação
entre solo cimento:
O processo primário é constituído basicamente pelos produtos das reações
de hidratação do cimento portland, ou seja, silicatos e aluminatos hidratados.
O processo secundário se deve às reações entre os argilos-minerais
existentes no solo e a cal (hidróxido de cálcio), liberada na hidratação do
cimento.
2.2.2.1.1.3 Fatores que Influenciam na Mistura Solo Cimento
Segundo Marques (2003, p.68), os principais fatores que influenciam na
qualidade do solo cimento são:
Tipo de solo: a estabilização com cimento pode ser feita em todo tipo de
solo, entretanto por exigirem baixos teores de cimento os solos arenosos
(granulares) são mais eficientes que os argilosos.
Teor de cimento: o teor de cimento a ser adotado, deve ser o menor dos
teores capaz de atingir a resistência média à compressão simples, sendo que
esta seja superior a 2,10 MPa após 7 dias de cura. Sendo que esta
resistência aumenta linearmente quanto maior for a quantidade de cimento
adicionada a mistura para um mesmo tipo de solo. Quanto maior a
porcentagem de silte e argila presentes no solo, maior será o teor de cimento
exigido.
Métodos de mistura e compactação: é recomendado que a compactação
inicie logo após a mistura e que seja completada dentro de duas horas para
36
que não ocorram significantes decréscimos tanto na massa específica seca
máxima quanto na resistência do produto final. Se o tempo misturacompactação for grande, são produzidas grandes quantidades de argila
floculada, que irá absorver a compactação.
Teor de umidade: devido à ação floculante o acréscimo de cimento ao solo
tende a produzir um aumento no teor de umidade e uma redução na massa
específica seca máxima. O teor de umidade ótimo que conduz à máxima
massa específica seca não é necessariamente o mesmo para a máxima
resistência. Este último está localizado no ramo seco para os solos arenosos
e no ramo úmido para os solos argilosos.
Condições de cura: assim como no concreto, a mistura solo cimento ganha
resistência por processo de cimentação das partículas durante vários meses
ou anos, sendo maior até os 28 dias iniciais. Neste período deve ser
garantido um teor de umidade adequado à mistura compactada. Diferente do
concreto, a temperatura de cura deve ser elevada para propiciar elevadas
resistências.
2.2.2.1.2 Dosagem do Solo Cimento
Segundo Vargas (1977, p.98) a dosagem de solo cimento é feita como no
ensaio normal de compactação, onde uma determinada mistura de solo, cimento e
água são compactados, entretanto, como há hidratação do cimento é necessário
que os corpos de prova sejam moldados o mais rápido possível. Recomenda-se que
a compactação deva iniciar-se logo após a mistura e complementada dentro de duas
horas (MARQUES, 2003, p.69).
De acordo com a ABCP (2004, apud Feltrin, 2008, p.9) é definido como
objetivo principal para a dosagem do solo cimento, a quantidade de água a ser
adicionada na mistura e a massa específica aparente seca da mistura compactada
que passaram a ser tomadas exclusivamente como elemento de controle do serviço,
sendo que o objetivo da dosagem passa a ser somente a fixação da quantidade de
cimento.
37
No Brasil a dosagem é normatizada pela NBR 12253 designada (solo
cimento - dosagem para emprego como camada de pavimento). As normas
brasileiras baseiam-se nos métodos de dosagem da PCA (Portland Cement
Association) e na comprovação dos resultados de um grande número de obras
executadas e em uso, com uma enorme variedade de solos, desde 1939.
2.2.2.1.2.1 Norma Geral de Dosagem de Solo Cimento
Para garantir à mistura a permanência de suas características
melhoradas com a adição de cimento, a norma geral de dosagem procura
determinar o teor de cimento utilizado por meio de ensaios de durabilidade e por
molhagem e secagem. Através de testes faz-se a dosagem, empregando nos
ensaios diferentes teores de cimento. A análise dos resultados indica o menor deles
capaz de estabilizar o solo sob a forma de solo cimento. A norma geral de dosagem,
adaptada pela ABCP para o Brasil, de solo cimento pode ser resumida nas
seguintes operações:
Identificação e classificação do solo;
Escolha do teor de cimento para o ensaio de compactação;
Execução do ensaio de compactação do solo cimento;
Escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade;
Moldagem de corpos-de-prova para ensaio de durabilidade;
Execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem;
Escolha do teor de cimento adequado em função dos resultados do ensaio.
Através da realização de um estudo comparativo entre os métodos de
dosagem empregando algumas amostras de solos, Ferraz et. al. (2001 apud Grande
2003, p.35) concluíram que os teores de cimento obtidos pelo emprego da norma
geral, são sempre superiores aos indicados pelos demais métodos, uma vez que o
critério de dosagem baseia-se na durabilidade das misturas.
38
2.2.2.1.2.2 Norma Simplificada de Dosagem de Solo Cimento
Uma desvantagem prática na norma geral de dosagem é o tempo de
duração dos ensaios, principalmente os ensaios de durabilidade. Por este motivo foi
sugerido então à correlação dos resultados desse ensaio com outro de mais rápida
execução, simplificando e encurtando o tempo gasto na dosagem.
De acordo com a ABCP (2004, p.32), a PCA apresentou um método
simplificado de dosagem para solo cimento, com base em correlações estatísticas
resultantes de ensaios de durabilidade e de resistência à compressão simples aos
sete dias em 2438 solos arenosos.
A norma simplificada desse método em resumo somente é aplicável para
solos que satisfaçam ao mesmo tempo as condições:
Possuir no máximo 50% de material com diâmetro equivalente inferior a 0,05
mm (silte +argila);
Possuir no máximo 20% de material com diâmetro equivalente inferior a
0,005mm (argila).
Dependendo da granulometria os dois métodos são empregados: A ou B.
Independente do método que se enquadre o solo, a seqüência de dosagem consta
de:
Ensaios preliminares do solo;
Ensaio de compactação do solo cimento;
Determinação da resistência à compressão simples aos 7 dias;
Comparação entre resistência média à compressão simples obtida nos CPs e
a resistência à compressão simples mínima para o solo em estudo.
2.2.3 Critério Adotado pela HRB para a Utilização do Solo na Mistura Solo
Cimento
De acordo com a HRB, podem ser empregados para a mistura de solo
cimento solos com as seguintes características:
39
Diâmetro máximo: 75mm;
Passando na peneira nº 4 (4,8mm): ≥ 50%;
Passando na peneira nº 40 (0,42mm): de 15% a 100%;
Passando na peneira nº 200 (0,075mm): ≤ 40%;
Índice de plasticidade: ≤ 18%.
2.2.4 Ensaio de Compactação de Solo Cimento
Segundo a NBR 12053 (1992, p.2) que prescreve os métodos para
determinação da relação entre o teor de umidade e a massa específica aparente
seca de misturas de solo cimento quando compactadas na energia normal, existem
dois métodos aplicáveis conforme a granulometria do solo:
Método A: utilizam-se o material passante na peneira nº 4 (4,8 mm), para
solos que tenham 100% das partículas de tamanho menor do que 4,8 mm.
Método B: utilizam-se o material passante na peneira de 19 mm, para solos
que tenham até 45% das partículas retidas na peneira nº 4 (4,8 mm).
2.2.4.1 Escolha do Teor de Cimento para Ensaio de Compactação
Em geral, são ensaiados três teores, diferindo-se do teor médio de dois
pontos. Segundo ABCP (2004, p.14) a determinação da quantidade adequada de
cimento fundamenta-se na análise do comportamento de CPs com diferentes
quantidades de cimento. Tendo observado que os resultados do ensaio de
compactação variam muito pouco para pequenas diferenças na quantidade de
cimento, um único ensaio de compactação pode ser realizado, com teor médio entre
os previstos. Adotam-se os resultados da compactação como válidos para os três
teores escolhidos.
40
2.2.5 Moldagem dos Corpos-de-prova para o Teor de Cimento Determinado
Segundo a NBR 12253 (1992, p.2), a moldagem de CPs para os ensaios
de compressão simples deve ser realizada com um ou mais teores de cimento. Para
execução do ensaio de compressão simples, devem ser moldados no mínimo três
CPs. Após a moldagem, os CPs são submetidos ao período de cura.
2.2.6 Ensaio de Compressão Simples
De acordo com a NBR 12025 (1990), é necessário observar a idade dos
CPs para o ensaio de compressão simples, estes devem estar devidamente
identificados. Conforme o cilindro utilizado na moldagem é medido ainda no ensaio o
diâmetro, altura e a sua seção transversal. Fatores esses que podem refletir no
resultado final da tensão necessária de ruptura.
2.2.7 Resultado da Dosagem pela NBR 12253/92
Após a execução dos ensaios de compressão simples, calcula-se a média
aritmética das resistências à compressão simples correspondentes a um mesmo teor
de cimento. Não devem ser considerados os CPs cuja resistência à compressão
simples se afaste mais de 10% da média calculada. O número de corpos de prova
mínimo para cálculo da média são dois. Para a determinação do teor de cimento a
ser adotado é permitida a interpolação dos dados de modo a indicar o valor mínimo
de resistência à compressão média especificado de 2,1 MPa. A extrapolação de
dados não é permitida. O teor mínimo recomendado pela norma é de 5%.
41
2.2.8 Aditivo Orgânico PERMA-ZYME®
De acordo com o fabricante (www.caminosargentinossa.com.ar, apud
Bresciani, 2009, p.68) o aditivo orgânico PERMA-ZYME® é muito utilizado na
pavimentação rodoviária, pois possui capacidade de reduzir significantemente os
custos das obras de pavimentação. Por isso vem sendo utilizado em diversos
países, como China, Rússia, Canadá, além do próprio EUA, país que desenvolveu o
produto. PERMA-ZYME® é um estabilizador de solos que vem sendo desenvolvido a
cerca de 30 anos pela empresa International Enzymes INC, localizada nos Estados
Unidos. Como representante mais próxima do Brasil, temos a empresa Caminos
Argentinos SA, localizada na Argentina, que é a representante exclusiva do aditivo
orgânico PERMA-ZYME® para toda a América Latina.
2.2.8.1 Composição e Reação do Aditivo Orgânico PERMA-ZYME®
O aditivo orgânico PERMA-ZYME® possui uma formulação composta por
enzimas não tóxicas, fabricado através de um processo de fermentação natural
utilizando apenas compostos orgânicos. Enzimas são biomoléculas que catalisam as
reações, ou seja, provocam um aumento na velocidade com que essas reações
ocorrem. Quando o produto é misturado na água e aplicado no solo antes da
compactação do mesmo, ele atua sobre as partículas do solo através de um
processo de colagem catalítica, produzindo um efeito de cimentação na camada de
solo. Diferentemente dos produtos inorgânicos ou derivados do petróleo que apenas
criam um vínculo temporário entre os grãos, o aditivo orgânico PERMA-ZYME®
provoca a união, ligando as partículas durante o processo de compactação do solo,
transformando-o em uma camada densa que resiste à penetração da água, erosão e
desgaste, proporcionando uma maior capacidade de carga, podendo assim ser
utilizado em diversos ambientes. Cada enzima é especialmente adaptada para
promover uma reação química dentro ou entre as outras moléculas. As próprias
enzimas são modificadas por essas reações, servindo como um ligante para as
outras moléculas, acelerando enormemente a taxa normal de reações químicas e
42
físicas. Quando há um bloqueio ou simples diminuição das reações necessárias
para a junção das partículas do solo, é então empregado PERMA-ZYME® como
tratamento, promovendo essas reações e permitindo um rearranjo das partículas do
material. Isso ocorre devido ao multienzimático que promove um equilíbrio dos
elétrons rompendo a tensão superficial da água existente no solo (Figura 7),
causando um rápido processo de cimentação.
®
Figura 7: Processo de reação do PERMA-ZYME
Fonte: Caminos Argentinos SA, (2009)
2.2.8.2 Características Físicas do Solo Exigidas para o Uso do PERMA-ZYME®
De acordo com o fabricante, o solo a ser estabilizado com o aditivo
orgânico, objeto de estudo, deve possuir as seguintes características:
Percentual de finos (passante na peneira 0,075mm) ≥20%;
Índice de Plasticidade (IP) ≥6%.
A água a ser utilizada na mistura solo aditivo, não deve possuir cloro,
sendo preferencialmente destilada. A quantidade de água a ser adicionada a
mistura, é a necessária para deixar o solo na sua umidade ótima, subtraindo a
quantidade de aditivo utilizada.
A eficácia do aditivo orgânico PERMA-ZYME® depende de alguns fatores,
tais como:
43
tipo de solo a ser empregado;
estrutura do solo;
composição química;
composição mineralógica.
O estabilizante mencionado neste estudo não altera a estrutura do solo,
nem sua composição mineralógica, mantém a cor inicial do solo, é hidrossolúvel,
não compacta automaticamente, necessitando de equipamento próprio para isto.
2.2.8.3 Aplicações do Aditivo Orgânico PERMA-ZYME®
O aditivo orgânico PERMA-ZYME®, ainda segundo o fabricante pode ser
aplicado em:
Construções rodoviárias: na estabilização de camadas de sub-base e base;
bem como na estabilização da camada superficial de pátios de parques,
estacionamentos, estradas e pistas de corrida, reduzindo a poeira;
Construção civil: como reforço em fundações e estabilização de barragens.
Outras aplicações: na vedação de lagoas de estabilização ou decantação,
inclusive de produtos poluentes; estabilização de taludes; impermeabilização
de aterros sanitários; injetado em paredes de solo, como nas escavações de
minas ou subsolos, fazendo com que através da cimentação da camada
superficial não ocorra o desprendimento do solo.
2.2.8.4 Vantagens no uso do Aditivo Orgânico PERMA-ZYME®
De acordo com o fabricante, PERMA-ZYME® possui as seguintes
vantagens:
Aumenta a densidade do solo: catalisa a criação de novas estruturas entre
as partículas do solo, ligando-as entre si.
Reduz o esforço de compactação: promovendo uma rápida e cuidadosa
dispersão da umidade, aumentando a lubrificação das partículas do solo
permitindo que o mesmo atinja a compactação com menos esforço.
44
Necessita de menor quantidade de água: reduz em 25% a quantidade de
água necessária para atingir o nível de umidade ótima necessária a
compactação do material.
Melhora a capacidade de carga: devido à ligação entre as partículas, reduz
a tendência do solo de se expandir após a compactação.
Baixa permeabilidade: a ligação dos grãos elimina os vazios, diminuindo a
capacidade de a água migrar no material tratado com o aditivo orgânico.
Elimina a necessidade de importação de material: quando PERMA-ZYME®
é usado no tratamento de solos utilizados em obras de pavimentação, não há
necessidade de buscar em outros locais materiais com as características
exigidas, como ISC, expansão e resistência à compressão simples,
necessárias para a sua utilização no local da obra.
Compatibilidade de tempo e local: podem ser aplicados a uma variedade de
locais e condições de tempo, como locais sujeitos à neve ou elevadas
temperaturas, clima seco ou propício a chuvas, ou ainda no topo de
montanhas ou embaixo de minas ou barragens.
Reduz a manutenção: devido à camada resistente criada pelo produto, evita
o desgaste da superfície tanto pelo uso quanto pelas atividades climáticas,
necessitando assim de um trabalho mínimo de manutenção.
Facilidade de conservação e uso: PERMA-ZYME® é vendido na forma
líquida concentrada, isso elimina parte dos processos de armazenamento, pré
mistura e movimentação de grandes quantidades de material.
Manuseio seguro: por não ser tóxico, não danifica os equipamentos nem
provoca reações de irritação, vermelhidão ou queimaduras nos tecidos da
pele, olhos e mucosas. Não contem ingredientes inflamáveis, não é explosivo,
é um produto biodegradável, por isso não prejudicará os seres humanos,
animais e vegetais.
3 METODOLOGIA
45
3.1 Introdução
O presente trabalho teve como objetivo principal reduzir o consumo de
cimento utilizado na melhoria das características físicas e mecânicas de um solo
com o intuito de utilizá-lo em obras de pavimentação, para isto se adicionou o aditivo
orgânico PERMA-ZYME® ao solo cimento estudado por Feltrin (2008). O inicio dos
trabalhos se deu com a coleta das amostras de solo natural na jazida J05 da
empresa Queiroz Galvão, em Içara. As amostras de solo foram levadas para o
Laboratório de Mecânica dos Solos (LMS), do Instituto de Pesquisas Ambientais e
Tecnológicas (IPAT) da Universidade do Extremo Sul Catarinense (UNESC), onde
foram submetidas aos ensaios de caracterização. Foram moldados corpos de prova
misturando solo, cimento e aditivo orgânico e posteriormente feito ensaios de
compressão simples.
Figura 8: Localização aérea via satélite da jazida J05
Fonte: Google earth, (2009)
3.2 Materiais
46
3.2.1 O Solo
O solo utilizado no presente trabalho foi coletado na jazida J05, mesmo
local de coleta das amostras de solo de Feltrin, (2008), isto se fez necessário para
que pudesse ser feito um comparativo entre os resultados de resistência à
compressão simples.
Na (figura 9) pode-se observar a planta de localização da jazida J05.
Figura 9: Planta de localização da jazida J05
Fonte: DNER – Programa de Ampliação da Capacidade Rodoviária do Corredor São Paulo
– Curitiba – Florianópolis – Osório (2001)
Os critérios de utilização deste material em solo cimento, adotados no
presente trabalho foram os determinados pela HRB e são expostos na (tabela 2).
Tabela 2: Critérios de utilização do solo
Características
Porcentagem passando na peneira nº 4 (4,8mm)
Porcentagem passando na peneira nº 40 (0,42mm)
Requisitos
≥ 50%
De 15% a 100%
47
Porcentagem passando na peneira nº 200 (0,075mm)
Índice de plasticidade
≤ 40%
≤ 18%
Fonte: HRB
Figura 10: Coleta em situ do solo utilizado na pesquisa
Fonte: Autor
3.2.1.1 Estudos Geológicos
A caracterização geológica do Lote 27 (km 358,500 ao km 387,000), onde
encontra-se localizada a jazida J05 (km 364+300), foi feita com base no relatório de
projeto do Programa de Ampliação da Capacidade Rodoviária do Corredor São
Paulo – Curitiba – Florianópolis – Osório da consultora consorcio Iguatemi –
Dynatest, apresentado em junho de 2001.
3.2.1.2 Geologia Geral
48
O trecho sul da rodovia BR-101 no Estado de Santa Catarina onde se
encontra localizada a jazida J05, na qual foram coletadas as amostras de solo para
esta pesquisa, corta pequenos trechos com rochas cristalinas e cristalofilianas do
embasamento, que formam as Serras do Leste Catarinense. Nesse trecho Sul as
rochas cristalinas são representadas pelo batolito granítico da Suíte Intrusiva Pedras
Grandes, enquanto que a Planície Costeira é composta por sedimentos areno-silticoargilosos de várias origens, desde marinha até continental, formando vários
ambientes deposicionais.
Tabela 3: Coluna estratigráfica regional
Fonte: DNER – Programa de Ampliação da Capacidade Rodoviária do Corredor São Paulo – Curitiba
– Florianópolis – Osório (2001).
3.2.1.3 Geologia Local
A jazida J05 encontra-se inserida no ambiente geológico formado por
rochas mais antigas, Eo-paleozóicas, oriundas da Suíte Intrusiva Pedras Grandes
(SIPG), que é composta por granitos grosseiros granulares hipidiomórficos,
localmente sienogranitos, alcalinos cujo mineral principal e o oligoclásio (feldspato
calcosódico), podendo conter ainda pouco quartzo e, como mineral máfico, a biotita.
O mapa geológico do lote 27 onde encontra-se inserida a jazida J05, pode ser visto
na (figura 11).
49
Figura 11: Mapa Geológico do Lote 27
Fonte: DNER – Programa de Ampliação da Capacidade Rodoviária do Corredor São Paulo –
Curitiba – Florianópolis – Osório (2001, p. 21)
3.2.2 Aditivos Químicos
Iniciaram-se os procedimentos com o intuito de verificar se a aplicação do
aditivo orgânico PERMA-ZYME® é capaz de reduzir o teor de cimento necessário
para atingir a resistência à compressão simples de 2,1 MPa, sendo que este é o
valor mínimo exigido pelo DNIT para misturas de solo cimento utilizadas em
pavimentação.
50
3.2.2.1 Cimento
Os teores de cimento adotados no presente trabalho foram os mesmos
utilizados por Feltrin, (2008), ou seja, 2%, 4%, 6%, 8%, 10%, 12%, 14%, 16%, 18%
e 20%, calculados em relação ao peso seco do solo. O tipo de cimento utilizado para
o desenvolvimento da pesquisa foi o CP II - Z - 32 da marca Votorantim, que
segundo o método do DNER (1996, p.150) é classificado como cimento Portland
composto.
3.2.2.2 Aditivo orgânico PERMA-ZYME®
As quantidades do aditivo orgânico PERMA-ZYME® adicionadas foram as
recomendadas pelo fabricante, e estão expressas na (Tabela 4).
Tabela 4: Dosagens de aditivo
Aditivo
PERMA-ZYME®
Dosagem
Solução 1/1000 (1 g de aditivo para 1000 g de solo)
PERMA-ZYME®
Solução 1/500 (1 g de aditivo para 500 g de solo)
Fonte: Autor
O aditivo orgânico PERMA-ZYME® será designado no presente trabalho
simplesmente como aditivo orgânico.
3.3 Metodologia Empregada
No presente trabalho realizaram-se todos os processos desde a coleta do
material até a comparação dos resultados obtidos através dos ensaios. Este
processo será explanado a seguir.
Coleta e armazenamento de material em laboratório;
Material seco ao ar;
51
Ensaios para caracterização do solo através da granulometria por
peneiramento, limite de liquidez NBR 6459(1984), limite de plasticidade NBR
7180 (1984) e ensaio de compactação NBR 7182 (1986);
Definição de dosagem para os CPs;
Peneiramento na malha 4,8mm;
Moldagem dos CPs com adição do aditivo orgânico na proporção 1/500 e
1/1000, ambos com 2%, 4%, 6%, 8%, 10%, 12%, 14%, 16%, 18% e 20% de
cimento;
Cura natural, sem câmara;
Ruptura à compressão simples aos 7 dias dos corpos de prova não
inundados;
Ruptura à compressão simples aos 7 dias, dos corpos de prova inundados
por 4 horas;
Análise dos resultados, verificação dos teores de cimento que atingiram
resistência ≥ 2,1 MPa;
Comparação entre os resultados de resistência dos corpos de prova
moldados com solo cimento, e os corpos de prova moldados com solo
cimento e aditivo orgânico;
Análise financeira.
A sequência de procedimentos realizados em laboratório pode ser
conferida no fluxograma a seguir:
52
Figura 12: Fluxograma dos procedimentos adotados em laboratório
Fonte: Autor
3.3.1 Metodologia de Campo
As amostras foram coletadas “in situ”, e colocadas em sacos que foram
devidamente identificados e levados posteriormente para o LMS da UNESC.
53
3.3.2 Metodologia de Laboratório
Já no laboratório, o solo devidamente seco ao ar e moderadamente
destorroado, foi passado na peneira número 4 (4,8mm), e armazenado em tambores
plásticos. Foram então retiradas amostras em quantidade suficiente para os ensaios
de caracterização e determinação da umidade higroscópica do material, por meio do
método da frigideira (figura 13). A preparação para os ensaios das amostras segue
as especificações da NBR 6457 (1983).
Figura 13: Determinação da umidade, por meio do
método de frigideira
Fonte: Autor
3.3.2.1 Ensaios de Caracterização do Solo
Os ensaios de caracterização do solo natural foram realizados com o
objetivo de classificá-lo segundo a HRB (Highway Research Board), e verificar se a
classificação era a mesma do solo de Feltrin (2008). As normas referentes a cada
ensaio realizado podem ser vistas na (Tabela 5).
54
Tabela 5: Normas referentes aos ensaios
Ensaio de caracterização
Preparação das amostras de solo
Granulometria
Limite de liquidez
Limite de plasticidade
Compactação
Norma ABNT
NBR 6457/86
NBR 7181/84
NBR 6459/84
NBR 7180/84
NBR 7182/86
Fonte: Autor
3.3.2.1.1 Limite de liquidez
Para o ensaio de Limite de Liquidez foi utilizado o aparelho de
Casagrande que consiste em um prato de latão, em forma de concha, sobre um
suporte de madeira, conforme a (figura 14). O ensaio de Limite de Liquidez foi
realizado colocando-se uma porção do solo passante na peneira 40 (0,42 mm), em
um recipiente e adicionando-se água até que este se tornasse uma pasta
homogênea. Em seguida, esta mistura foi colocada no aparelho de Casagrande, e
realizado então o ensaio de acordo com a NBR 6459/84. Ao todo foram realizadas
cinco etapas, conforme (Tabela 6), a umidade é determinada através do número de
golpes. De cada etapa foi retirada uma cápsula com uma parcela da mistura e
levada à estufa para a determinação da umidade.
Tabela 6: Etapas e número de golpes correspondente
Etapa
Número de Golpes
1
48 - 52
2
38 - 42
3
28 - 32
4
18 - 22
5
8 - 12
Fonte: Autor
Para a realização das etapas o número de golpes deve ficar entre os
valores correspondentes a cada uma delas.
Sabendo-se o valor da umidade em cada etapa, foi traçado um gráfico,
onde se analisa o número de golpes x umidade. O valor de LL é determinado pela
55
umidade correspondente a 25 golpes. O resultado do ensaio pode ser verificado no
apêndice A.
Figura 14: Aparelho de Casagrande, determinação do LL
Fonte: Autor
3.3.2.1.2 Limite de Plasticidade (LP)
Neste ensaio a massa de solo na umidade adequada para o
desenvolvimento de sucessivos movimentos de rolamento, foi colocada sobre uma
placa de vidro despolido conforme a (figura 15), onde a mesma foi adquirindo a
forma cilíndrica.
A seqüência do ensaio obedece ao que prescreve a NBR 7180/84.
O resultado do ensaio pode ser verificado no apêndice A.
56
Figura 15: Ensaio de LP
Fonte: Autor
3.3.2.1.3 Granulometria por Peneiramento
Neste ensaio de peneiramento o material grosso retido na peneira número
10 (2,0 mm), foi lavado para retirar todas as partículas de material fino. O mesmo
processo foi realizado para o material fino, retido na peneira de número 200
(0,075mm). Em seguida as amostras restantes nas peneiras foram secas em estufa
na temperatura de ± 105º C. Estando as amostras do material grosso e fino
completamente
secas,
foram
realizados
os
peneiramentos.
A
distribuição
granulométrica do solo foi obtida por meio das peneiras de diâmetro 50, 38, 29, 25,
9,5 e 4,8 mm, onde todo o processo de agitação foi manual até verificar a completa
passagem dos diferentes tamanhos de grãos, anotando o peso retido acumulado
nas respectivas malhas. Para o peneiramento fino a amostra foi passada nas
peneiras de diâmetro 1,2, 0,6, 0,42, 0,25, 0,15 e 0,075 mm. As peneiras utilizadas
neste ensaio podem ser vistas na (figura 16), os resultados da granulometria
encontram-se no apêndice A.
57
Figura 16: Peneiras do ensaio
Fonte: Autor
3.3.2.1.4 Compactação
O ensaio de compactação foi realizado na energia de compactação
Proctor Normal em cilindro pequeno e sem reuso do material. Para este ensaio
separou-se cinco amostras de cerca de 2 kg de solo em estado natural, seco ao ar e
destorroado, passante na peneira 4,8 mm. O ensaio de compactação foi feito para
obtenção da umidade ótima necessária para a moldagem dos corpos de prova.
Como não é possível obter o resultado da umidade ótima de imediato, adotou-se
uma umidade 5% abaixo da umidade presumível, que segundo a norma é muito
próxima da umidade dada pelo IP. Nas etapas seguintes, os teores de umidade se
deram pela umidade da etapa anterior acrescida em 2%. Como é necessário que se
tenha conhecimento da umidade em que o solo se encontra no momento do ensaio,
foi aplicado o método da frigideira, com uma amostra de 200g de solo. Ao mesmo
tempo, amostras do solo são retiradas e levadas à estufa para que se obtenha a real
umidade do material. Posteriormente o solo foi misturado com a água necessária
para alcançar a umidade ótima. A mistura deve ficar homogênea, uma forma de
identificar se o solo está homogeneizado é analisar se sua cor se encontra uniforme.
A seqüência do ensaio obedece ao que prescreve o ensaio de Proctor Normal o qual
se encontra anteriormente no referencial teórico. Concluída esta etapa, é pesado o
58
material ainda no cilindro, desconta-se o peso do cilindro sendo determinado então o
peso úmido. Com os valores de peso específico seco e umidade, obtidos no ensaio,
traça-se a curva de compactação, da qual se determina o peso específico seco
máximo e a umidade ótima.
A curva de compactação do solo natural pode ser verificadas no apêndice B.
3.3.2.2 Estabilização do Solo com Cimento e Aditivo Orgânico
A adição de cimento no solo natural tem como objetivo melhorar as
propriedades físicas e mecânicas do material, principalmente de resistência à
compressão simples. Concluída a fase de caracterização do solo natural, foram
moldados os corpos de prova, sempre com cimento em diferentes teores e adição
do aditivo PERMA-ZYME® na proporção 1/1000 e 1/500.
3.3.2.2.1 Mistura entre Aditivo Orgânico e Solo Cimento, Moldagem dos
Corpos-de-prova Cilíndricos (CPs)
A adição de cimento ao solo foi feito nos teores de 2%, 4%, 6%, 8%, 10%,
12%, 14%, 16%, 18% e 20%. Para cada um dos percentuais de cimento foram
moldados 8 corpos de prova, 4 para cada proporção do aditivo orgânico PERMAZYME®, cumprindo assim com a exigência de pelo menos 3 corpos de prova para
ser considerado estatisticamente correto, ficando melhor explicado no fluxograma da
figura 14.
Para a preparação do solo o mesmo foi passado na peneira 4,8 mm, e
armazenado em amostras de 4 kg em sacos plásticos (figura 17).
A quantidade de cimento calculado em relação ao peso seco do solo foi
pesado e posteriormente misturado e homogeneizado ao solo (figura 18).
A solução de água destilada + aditivo orgânico foi preparada (Figura 19).
A quantidade do produto, calculado em relação ao peso seco, foi adicionado à água
(destilada) necessária para atingir a umidade ótima e acrescentada a mistura já
59
homogeneizada de solo cimento. Convém salientar que, a quantidade de água a ser
adicionada ao solo para que o mesmo atinja a sua umidade ótima, foi reduzida da
quantidade de aditivo a ser adicionado ao mesmo, uma vez que o aditivo é um
composto líquido. Após a homogeneização da mistura solo cimento solução
(água+aditivo) foram moldados os corpos-de-prova na energia de proctor normal.
Para a determinação da umidade do solo foram coletadas 2 cápsulas com amostras
do solo e colocadas na estufa, no dia seguinte se confirmou a umidade do solo que
havia sido determinada através do método de frigideira.
Figura 17: Amostra de solo
Fonte: Autor
Figura 18: Mistura de solo com cimento, já homogeneizada
Fonte: Autor
60
®
Figura 19: Preparo da solução de PERMA-ZYME + água
Fonte: Autor
Os CPs foram compactados na energia de Proctor Normal. Após esta
etapa, foi retirado o espaçador e feita à regularização da superfície do corpo-deprova, o solo compactado foi retirado do cilindro e pesado. Todo este procedimento
pode ser visualizado nas (Figuras 20, 21, 22, 23, 24 e 25) a seguir.
Figura 20: Colocação do solo no cilindro
Fonte: Autor
61
Figura 21: Compactação com o soquete de proctor normal
Fonte: Autor
Figura 22: Retirada do espaçador
Fonte: Autor
62
Figura 23: Regularização da superfície
Fonte: Autor
Figura 24: Retirada do CPs do cilindro
Fonte: Autor
63
Figura 25: Pesagem do corpo-de-prova (CPs)
Fonte: Autor
Após os procedimentos dispostos acima, os corpos-de-prova foram
armazenados em embalagem plástica e colocados em local apropriado, sem que o
sol incidisse diretamente sobre o mesmo respeitando-se o tempo de cura de 7 dias
para então serem rompidos. A temperatura (t) ambiente durante o processo de cura
deve estar dentro do seguinte intervalo: 0°C ≤ t ≤ 40°C. A resistência à compressão
simples foi determinada ao fim dos sete dias, para cada teor de cimento com dois
corpos de prova inundados por 4 horas antes de serem colocados na prensa, e dois
corpos de prova não inundados, sendo adotado o valor médio em MPa das tensões
obtidas com o total de quatro corpo de prova, conforme a NBR 12025 (1992) e
12024 (1989). Este procedimento pode ser visualizado nas (Figuras 26, 27 e 28) a
seguir. O ensaio de resistência à compressão simples foi realizado em uma prensa
com capacidade de 200 t, da marca Emic modelo PC-200l, (figura 29).
64
Figura 26: CPs em plásticos para os 7 dias de cura
Fonte: Autor
Figura 27: CPs prontos para serem rompidos
Fonte: Autor
65
Figura 28: CPs imersos por 4 horas antes de serem rompidos
Fonte: Autor
Figura 29: Prensa Emic - ensaio de compressão simples
Fonte: Autor
66
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
4.1 Caracterização do Solo
A
caracterização
física
do
solo
compreendeu
os
ensaios
de
granulometria, LL e LP, os cálculos do IP, IG e a classificação segundo a tabela
HRB. Para a caracterização mecânica do solo foi feito o ensaio de compactação
para se obter a densidade seca máxima e a umidade ótima, necessária para a
moldagem dos corpos de prova utilizados no ensaio de compressão simples.
A amostra de solo coletada e caracterizada por Feltrin, (2008), na jazida
J05 será designada como AM-01, a amostra de solo coletada na jazida J05 e
caracterizada no presente trabalho será designada como AM-02. Os resultados
obtidos nos ensaios de caracterização física e mecânica estão representados na
(Tabela 7).
Tabela 7: Características físicas e mecânicas do solo
Característica
AM - 01
AM - 02
Passante na peneira nº 4 em (%)
100
100
Passante na peneira nº 10 em (%)
88,4
79,6
Passante na peneira nº 40 em (%)
35,5
43,8
Passante na peneira nº 200 em (%)
9,9
29,7
Limite de liquidez - LL (%)
27,4
35
Limite de plasticidade - LP (%)
20,5
28
Índice de plasticidade - IP (%)
6,9
7
IG
0
0
Classificação HRB
A2 - 4
A2 - 4
γmáx (g/cm³)
1,796
1,723
Hót. (umidade ótima) %
14,9
16,4
Fonte: Autor
67
Pela classificação HRB o solo é do tipo A2-4 (areno-siltoso de baixa
compressibilidade, com pedregulhos), e IG=0. Solo este recomendado para o
emprego como subleito.
Com base nos resultados obtidos, verificou-se que as duas amostras de
solo se enquadraram na mesma classificação segundo a HRB (A2-4) e IG (0),
podendo assim ser feita a análise comparativa entre os resultados de resistência à
compressão simples dos corpos de prova moldados com solo cimento e os
moldados com solo cimento e aditivo orgânico.
4.2 Resultados dos Ensaios de Resistência à Compressão Simples (RCS) após
7 dias de Cura
Os resultados obtidos nos ensaios de resistência à compressão simples
nas amostras de solo cimento de Feltrin (2008), e de solo cimento aditivo orgânico
do presente trabalho, nas dosagens 1/500 e 1/1000 estão apresentados em forma
de tabelas e gráficos.
4.2.1 Apresentação e Análise dos Dados de RCS do Solo Cimento
A (Tabela 8) apresenta os valores de RCS, desvio padrão e coeficiente de
variação dos corpos de prova moldados apenas com solo cimento, estes valores
foram revisados e retirados do trabalho de (FELTRIN, 2008).
68
Tabela 8: Valores correspondentes ao Solo Cimento sem aditivo orgânico
Teor de
RCS
RCS
RCS
RCS
Média
Desvio
cimento
(MPa)
(MPa)
(MPa)
(MPa)
RCS
padrão
(%)
AM 01
AM 02
AM 03
AM 04
(MPa)
inundada
inundada
não
não
das
4 horas
4 horas
inundada
inundada
amostras
2
0,56
0,57
0,48
0,41
0,51
0,08
15,05
4
1,05
0,94
1,02
1,05
1,02
0,05
5,05
6
1,15
1,41
1,29
1,18
1,21
0,12
9,54
8
1,26
1,47
1,51
1,56
1,51
0,13
9,22
10
1,44
1,55
1,52
1,37
1,47
0,08
5,55
12
1,64
1,63
1,46
1,68
1,60
0,13
9,22
14
1,95
2,08
1,99
1,94
1,99
0,06
3,04
16
1,60
1,88
2,34
2,08
1,98
0,31
15,84
18
3,28
3,94
3,49
3,49
3,42
0,28
7,76
20
3,15
3,21
3,22
2,98
3,14
0,11
3,61
C.V. (%)
Fonte: Autor
A análise da (Tabela 8) permite concluir que os teores de 18% (3,42 MPa)
e 20% (3,14 MPa) atendem a resistência à compressão simples mínima exigida pelo
DNIT (RCS ≥ 2,1 MPa) para a utilização como camada de base do pavimento.
Segundo a NBR 12253/92, os CPs cuja resistência à compressão simples
se afaste mais de 10% da média calculada não devem ser considerados. Por este
motivo os valores destacados na (Tabela 8) foram desconsiderados no cálculo da
média, que foi utilizada como base de dados para os (Gráficos 1 e 2).
O (Gráfico 1), expressa à linha de tendência da média de RCS em corpos
de prova cilíndricos para cada teor de cimento.
69
Gráfico 1: Linha de tendência dos valores de RCS para o solo cimento sem o aditivo orgânico
3,5
3,25
3
2,75
2,5
2,25
2
1,75
1,5
1,25
1
0,75
0,5
0,25
0
RCS (MPa)
3,42
1,99
1,51
1,47
1,02
1,21
1,6
3,14
1,98
y = 0,3227x 0,7198
R2 = 0,9208
0,51
0
2
4
6
8
10
12
14
Teor de Cimento
Solo Cimento
16
18
20
22
Linha de Tendência
Fonte: Autor
Com base na linha de tendência o teor de cimento necessário para atingir
2,1 MPa de resistência à compressão simples para o solo cimento estudado por
Feltrin, (2008) seria de 13,49%. Porém, não é recomendado o uso deste artifício, já
que nos teores de 18% e 20% de cimento houve um ganho de resistência à
compressão simples desproporcional aos demais resultados, mudando bruscamente
o traçado da linha de tendência. Tanto é que pode ser ainda analisado, que entre o
teor de 12% e 14% não teria como alcançar o valor 2,1 Mpa de resistência à
compressão simples.
No (Gráfico 2), pode ser observado o aumento de resistência de acordo
com o teor de cimento adicionado ao solo, destacando-se os teores em que se pode
considerar a mistura como solo cimento e solo melhorado.
Gráfico 2: Resultados de RCS de CPs moldados com solo cimento
70
Solo tratado com cimento
Solo cimento
4
3,5
3,42
3,14
18
20
RCS (MPa)
3
2,5
1,99
2
1,21
1,5
1,51
1,47
1,98
1,60
1,02
1
0,51
0,5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Teor de cimento (%)
Fonte: Autor
Com relação às misturas de solo cimento ou solos melhorados com
cimento a ES-P 11/05, do DER do Paraná, especifica para o emprego em bases e
sub-bases, os seguintes limites, quando sua resistência à compressão simples for ≥
1,2MPa, só poderá ser empregado como sub- base, a partir de 1,5MPa este solo já
poderá ser utilizado como camada de base.
Porém, segundo o DNIT este solo só poderá ser utilizado como camada
de base quando sua resistência à compressão simples for ≥ 2,1 MPa.
4.2.2 Apresentação e Análise dos Dados de RCS para a Dosagem de 1/500 de
Aditivo Orgânico
A tabela 9 apresenta os valores de RCS, desvio padrão e coeficiente de
variação dos corpos de prova moldados com solo cimento e aditivo orgânico na
dosagem de 1/500.
71
®
Tabela 9: Valores correspondentes a dosagem 1/500 de PERMA-ZYME
Teor de
RCS
RCS
RCS
RCS
Média
Desvio
cimento
(MPa)
(MPa)
(MPa)
(MPa)
RCS
padrão
(%)
AM 01
AM 02
AM 03
AM 04
(MPa)
inundada
inundada
não
não
das
4 horas
4 horas
inundada
inundada
amostras
2
0,14
0,17
0,69
0,71
0,43
0,32
73,30
4
0,61
0,56
0,58
0,63
0,59
0,03
5,62
6
0,88
0,79
0,78
0,81
0,82
0,04
5,50
8
1,11
1,22
0,96
1,13
1,07
0,11
9,52
10
1,22
1,38
1,46
1,46
1,43
0,11
8,32
12
1,46
1,46
1,62
1,64
1,54
0,10
6,41
14
1,65
1,81
2,00
1,94
1,92
0,16
8,42
16
1,90
1,72
2,13
2,20
2,02
0,39
21,23
18
1,78
2,04
2,22
2,39
2,13
0,26
12,40
20
2,84
2,66
2,66
2,61
2,69
0,10
3,65
C.V. (%)
Fonte: Autor
A análise da (Tabela 9) permite concluir que os teores de 18% (2,13 MPa)
e 20% (2,60 MPa) atendem a resistência à compressão simples mínima exigida pelo
DNIT (RCS ≥ 2,1 MPa) para a utilização como camada de base do pavimento.
Da mesma forma que nos resultados de solo cimento, os valores de
resistência à compressão simples que se afastaram mais de 10% da média
calculada foram desconsiderados no cálculo da média utilizada como base de dados
para os (Gráficos 3 e 4).
O (Gráficos 3), expressa à linha de tendência da RCS dos corpos de
prova cilíndricos moldados com solo cimento e aditivo orgânico, para cada teor de
cimento, podendo assim estabelecer a equação para outros teores não selecionados
na presente pesquisa.
72
Gráfico 3: Linha de tendência dos valores de RCS correspondentes a dosagem 1/500
3
2,75
2,5
2,25
2
1,75
1,5
1,25
1
0,75
0,5
0,25
0
2,69
RCS (MPa)
1,92
1,43
1,07
0,82
2
1,54
y = 0,2125x0,8113
R2 = 0,9796
0,59
0,43
0
2,13
2,02
4
6
8
10
12
14
Teor de Cimento
Pema Zyme® 1/500
16
18
20
22
Linha de Tendência
Fonte: Autor
Com base na linha de tendência o teor de cimento necessário para atingir
2,1 MPa de resistência à compressão simples para o solo cimento aditivo orgânico
na proporção 1/500 seria de 16,84%.
No (Gráficos 4), pode ser observado o aumento de resistência de acordo
com o teor de cimento adicionado a mistura para a proporção de 1/500 de aditivo
orgânico.
73
Gráfico 4: Resultados de RCS correspondentes a dosagem 1/500
Solo tratado com cimento
Solo cimento
3
2,69
RCS (MPa)
2,5
1,92
2
1,43
1,5
0,82
1
0,43
0,5
2,02
2,13
1,54
1,07
0,59
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Teor de cimento (%)
Fonte: Autor
4.2.3 Apresentação e Análise dos Dados de RCS para a Dosagem de 1/1000 de
Aditivo Orgânico
A (Tabela 10), apresenta os valores de RCS, desvio padrão e coeficiente
de variação dos corpos de prova moldados com solo cimento e aditivo orgânico na
dosagem de 1/1000.
74
®
Tabela 10: Valores correspondentes a dosagem 1/1000 de PERMA-ZYME
Teor de
RCS
RCS
RCS
RCS
Média
Desvio
cimento
(MPa)
(MPa)
(MPa)
(MPa)
RCS
padrão
(%)
AM 01
AM 02
AM 03
AM 04
(MPa)
inundada
inundada
não
não
das
4 horas
4 horas
inundada
inundada
amostras
2
0,21
0,22
0,72
0,67
0,46
0,28
61,85
4
0,68
0,71
0,78
0,8
0,74
0,06
7,74
6
0,79
0,80
1,04
1,14
0,94
0,13
12,82
8
1,34
1,43
1,38
1,45
1,40
0,05
3,50
10
1,21
1,22
1,50
1,75
1,42
0,26
18,17
12
1,75
1,90
1,65
1,89
1,80
0,12
6,80
14
2,19
2,13
2,03
2,05
2,10
0,07
3,43
16
1,99
2,21
2,58
2,56
2,39
0,29
12,23
18
2,21
2,22
2,26
2,36
2,15
0,19
8,66
20
2,21
2,18
2,03
2,17
2,15
0,08
3,59
C.V. (%)
Fonte: Autor
A análise da (Tabela 10) permite concluir que os teores de:
14% - 2,10 MPa;
16% - 2,39 MPa;
18% - 2,15 MPa;
20% - 2,15 MPa.
Atendem a resistência à compressão simples mínima exigida pelo DNIT (RCS ≥ 2,1
MPa) para a utilização como camada de base do pavimento.
O (Gráfico 5), expressa a linha de tendência da RCS em corpos de prova
cilíndricos para cada teor de cimento, podendo estabelecer a equação para outros
teores não selecionados na presente pesquisa.
75
Gráfico 5: Linha de tendência dos valores de RCS correspondentes a dosagem 1/1000
3,00
2,75
2,50
2,25
2,00
1,75
1,50
1,25
1,00
0,75
0,50
0,25
0,00
2,39
RCS (MPa)
2,10
1,40
1,42
0,46
0
2
0,94
0,74
4
6
8
2,15
1,80
y = 0,2749x0,7349
R2 = 0,9726
10
12
14
Teor de Cimento
Pema Zyme® 1/1000
2,15
16
18
20
22
Linha de Tendência
Fonte: Autor
Com base na linha de tendência o teor de cimento necessário para atingir
2,1 MPa de resistência à compressão simples para o solo cimento aditivo orgânico
na proporção 1/1000 seria de 15,91%.
No (Gráfico 6), pode ser observado o aumento de resistência de acordo
com o teor de cimento adicionado a mistura para a proporção de 1/1000 de aditivo
orgânico.
76
Gráfico 6: Resultados de RCS correspondentes a dosagem 1/1000
Solo tratado com cimento
Solo cimento
3
2,39
2,5
RCS (MPa)
2,10
2
2,15
2,15
18
20
1,80
1,40
1,5
1,42
0,94
1
0,74
0,46
0,5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Teor de cimento (%)
Fonte: Autor
4.2.4 Comparativo entre os resultados em cada teor de cimento
O gráfico a seguir traz um comparativo entre os resultados obtidos nos
ensaios de resistência à compressão simples das amostras de solo cimento e solo
cimento + PERMA-ZYME® nas dosagens 1/1000 e 1/500, para a média entre as
amostras inundadas e não inundadas utilizadas na pesquisa.
RCS (Mpa)
77
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Cimento
Aditivo 1/500
Aditivo 1/1000
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Teor de Cimento (%)
Gráfico 7: Comparativo entre a média da Resistência à compressão simples
Fonte: Autor
Analisando o (Gráfico 7), observa-se que a RCS do solo cimento, mostrase maior do que nas misturas onde foi adicionado o aditivo orgânico, desde o teor de
cimento adicionado de 2% até 10%. A partir da adição de 12% de cimento, até 16%,
a mistura que possui o aditivo orgânico na proporção de 1/1000, se mostrou melhor
em termos de RCS. Voltando o solo cimento a ser melhor nos teores de 18% e 20%
de cimento. A mistura que continha aditivo orgânico na proporção 1/500 ficou a
baixo da mistura que continha aditivo orgânico na proporção 1/1000 em todos os
teores, e ficou acima do solo cimento apenas nos teores de 10% e 20%.
Os gráficos a seguir trazem um comparativo entre os resultados obtidos
para os ensaios de resistência à compressão simples nas amostras de solo cimento
e solo cimento + PERMA-ZYME® nas proporções de 1/1000 e 1/500.
A análise comparativa será apenas nos teores de cimento de: 8%, 10%,
12%, 14%, 16%, 18% e 20%.
Gráfico 8: Análise comparativa da RCS na dosagem de 8% de cimento
78
Teor de Cimento 8%
4
3,5
3
2,5
2
Solo Cimento
1,51
1,5
1,4
1,07
1
PZ 1/1000
PZ 1/500
0,5
0
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
Fonte: Autor
Gráfico 9: Análise comparativa da RCS na dosagem de 10% de cimento
Teor de Cimento 10%
4
3,5
3
2,5
2
Solo Cimento
1,47
1,5
1,42
1,43
1
0,5
0
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
Fonte: Autor
Gráfico 10: Análise comparativa da RCS na dosagem de 12% de cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
79
Teor de Cimento 12%
4
3,5
3
2,5
2
1,6
1,8
1,54
1,5
1
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
0,5
0
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
Fonte: Autor
O gráfico 10 representa um valor de RCS 12,5% maior para o solo
cimento com aditivo orgânico na proporção de 1/1000, em comparação com solo
cimento. Para este valor de RCS a mistura poderia ser empregada em pavimentação
como camada de base.
Gráfico 11: Análise comparativa da RCS na dosagem de 14% de cimento
Teor de Cimento 14%
4
3,5
3
2,5
2
1,99
2,1
1,92
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
1,5
1
0,5
0
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
Fonte: Autor
O gráfico 11 representa um valor de RCS 5,52% maior para o solo
cimento com aditivo orgânico na proporção de 1/1000, em comparação com solo
80
cimento. Para este valor de RCS a mistura poderia ser empregada como base, de
acordo com as especificações do DNIT.
Gráfico 12: Análise comparativa da RCS na dosagem de 16% de cimento
Teor de Cimento 16%
4
3,5
3
2,39
2,5
2
1,98
2,02
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
1,5
1
0,5
0
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
Fonte: Autor
O gráfico 12 representa um valor de RCS 20,70% maior para o solo
cimento com aditivo orgânico na proporção de 1/1000 e um valor de RCS 2,02%
maior para o solo cimento com aditivo orgânico na proporção de 1/500, ambos em
comparação com solo cimento. Sendo que apenas a amostra aditivo orgânico na
proporção de 1/1000 poderia ser empregada como base, de acordo com as
especificações do DNIT.
81
Gráfico 13: Análise comparativa da RCS na dosagem de 18% de cimento
Teor de Cimento 18%
4
3,42
3,5
3
2,15
2,5
2
2,13
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
1,5
1
0,5
0
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
Fonte: Autor
O gráfico 13 representa um valor de RCS 65,12% maior para o solo
cimento, em comparação ao solo cimento com aditivo orgânico na proporção de
1/1000, e 68,25% maior do que o PZ 1/500. Para estes valores de RCS, todas as
misturar atingiram a exigência mínima do DNIT para utilização em pavimentação,
2,1MPa.
Gráfico 14: Análise comparativa da RCS na dosagem de 20% de cimento
Teor de Cimento 20%
4
3,5
3
3,14
2,69
2,15
2,5
2
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
1,5
1
0,5
0
Fonte: Autor
Solo Cimento
PZ 1/1000
PZ 1/500
82
O gráfico 14 representa um valor de RCS 16,73% maior para o solo
cimento, em comparação ao solo cimento com aditivo orgânico na proporção de
1/500, e 46,05% maior do que o PZ 1/1000. Para estes valores de RCS, todas as
misturar atingiram a exigência mínima do DNIT para utilização em pavimentação,
2,1MPa.
4.2.5 Análise Econômica
Para a mistura solo cimento aditivo orgânico, na proporção 1/1000, houve
uma redução de 4% no teor de cimento necessário para atingir a resistência à
compressão simples de 2,1 MPa, em comparação ao solo cimento estudado por
Feltrin, (2008).
Considerando que 1 Kg de cimento custa R$ 0,40, para 1000 Kg de solo
seco, a utilização do aditivo orgânico PERMA-ZYME® na estabilização somente será
viável se o valor/litro se mantiver inferior a R$ 16,00.
Por se tratar de um produto não comercializado ainda no Brasil, cabe
ressaltar que o acesso ao valor está restrito, por este motivo não foi possível fazer o
cálculo com valores exatos. Porém, levando-se em conta que o aditivo químico
CON-AID®, concorrente do PERMA-ZYME®, custa aproximadamente R$ 3,50,
consideramos para efeito de cálculo, que o aditivo orgânico custa R$ 5,00.
Exemplificando, sendo que uma camada de base tenha as seguintes dimensões:
Altura: 15 cm;
Largura: 7 m;
Comprimento: 1 Km.
Sabendo-se ainda que a densidade seca máxima do solo em estudo é
1,723 g/cm³ e que na proporção 1/1000 utiliza-se 1 litro de aditivo orgânico por
tonelada de solo seco, logo:
VOLUME TOTAL = 0,15 x 7 x 1000 = 1050,0 m³
1050,0 x 1,723 = 1809,15 Ton. LOGO:
1809,15 Litros de aditivo orgânico
1809,15 x R$ 5,00 = R$ 9045,75
83
Assim, o custo total para execução com solo cimento e aditivo orgânico
ficaria em R$ 110358,15 e com solo cimento ficaria em R$ 130258,80. Tendo assim
uma redução de 15,28% utilizando a mistura solo cimento e aditivo orgânico.
Tecnicamente não há maiores problemas para a utilização do aditivo
orgânico, já que para sua aplicação basta misturar o mesmo à água utilizada para
que o solo atinja sua umidade ótima.
84
5 CONCLUSÃO
O presente trabalho teve como objetivo verificar a possível redução do
teor de cimento necessário para atingir uma resistência à compressão simples ≥ 2,1
MPa na mistura solo cimento estudado por Feltrin, (2008), estabilizado com aditivo
orgânico PERMA-ZYME®. Os resultados obtidos permitem as seguintes conclusões:
Nas dosagens de cimento de 2%, 4%, 6%, 8%, 10%, 18% e 20% a
resistência à compressão simples média das amostras de solo cimento, se
apresentou maior do que a resistência à compressão simples das amostras
com adição do aditivo orgânico PERMA-ZYME®, na dosagem 1/500 e na
dosagem 1/100;
Já nas dosagens de cimento de 12%, 14% e 16% a resistência à compressão
simples média das amostras de solo cimento, se apresentou menor do que a
resistência à compressão simples das amostras com adição do aditivo
orgânico PERMA-ZYME®, na proporção de 1/1000 e se manteve maior do
que a média de resistência à compressão simples das amostras com adição
do aditivo orgânico PERMA-ZYME®, na proporção de 1/500, exceto no teor de
16%;
Nota-se também que na comparação dos resultados entre as diferentes
proporções do aditivo orgânico PERMA-ZYME®, a proporção 1/1000 exceto
nas dosagens de 10% e 20% de cimento, sempre obteve uma resistência à
compressão simples maior que a proporção 1/500, sendo que na proporção
1/1000 a quantidade de aditivo é a metade do que na proporção 1/500;
Com a adição do aditivo orgânico PERMA-ZYME®, foi possível chegar a
resistência à compressão simples de 2,1 MPa com o teor de 14% de cimento,
enquanto que sem o aditivo este valor foi alcançado com o teor de 18% de
cimento;
Observou-se ainda, que a utilização da mistura solo cimento e aditivo
orgânico se mostrou mais viável, por ter uma redução de 15,28% no custo
comparada à mistura solo cimento.
É importante explanar que os resultados alcançados no presente trabalho
servem como base de dados apenas para o solo em estudo.
85
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO DE CIMENTO PORTLAND – ABCP. Aplicações Solo-Cimento. São
Paulo, 2004. Disponível em:
<http:www.abcp.org.br/basico_sobre_cimento/solo_cimento.shtml.htm> Acesso em:
08 outubro de 2009.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT): NBR 6457:
Amostras de solos - Preparação para ensaios de compactação e ensaios de
caracterização. Rio de Janeiro, 1986.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT): NBR 10703:
Peneiras de ensaio – Tela de tecido metálico, chapa metálica perfurada e lamina
eletroformada – Tamanhos nominais de abertura . Rio de Janeiro, ABNT, 1997.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT): NBR 12023 –
Solo-cimento: ensaio de compactação. Método de ensaio. Rio de Janeiro, ABNT
1992.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT): NBR 12025 –
Solo-cimento: Ensaio de compressão simples de corpos-de-prova cilíndricos. Método
de ensaio. Rio de Janeiro, ABNT 1992.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT): NBR 12253 –
Solo-cimento: Dosagem para o emprego como camada de pavimento.
Procedimento. Rio de Janeiro, ABNT, 1992.
____. NBR 6490 – Determinação do Limite de Liquidez. Rio de Janeiro, 1984.
____. NBR-7180: Determinação do Limite de Plasticidade. Rio de Janeiro, 1984.
____. NBR-7181: Análise granulométrica. Rio de Janeiro, 1984.
____. NBR-7182: Solo – Ensaio de Compactação. Rio de Janeiro, 1984.
BRESCIANI, Denise. Análise das Propriedades Físicas e Mecânicas de um Solo
da Formação Palermo, Estabilizado com Aditivo PERMA-ZYME®
2009. 153 f. Monografia (Curso de Engenharia Civil) Universidade do Extremo Sul
Catarinense, Criciúma.
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações. Rio de Janeiro:
Livros Técnicos e Científicos, 1988. 6. ed. 234 p.
DAS, Braja M. Fundamentos de Engenharia Geotécnica. São Paulo: Thomson
Learning, 2007. 560 p. il.
Departamento de Estradas de Rodagem do Paraná - ES-P 11/05. Pavimentação:
Solo-cimento e Solo Tratado com Cimento. Paraná, 2005.
Disponível em: <http:// www.pr.gov.br/derpr/pdf/PDF/pdf_Pavimentacao/ES-P1105SoloCimento_SoloTratadoCimento.pdf>
86
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS E RODAGENS (DNER). Método de
Projeto de Pavimentos Flexíveis. 3. ed. Rio de Janeiro, 1981.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DOS TRANSPORTES
(DNIT). Manual de Pavimentação. 3. ed. Rio de Janeiro, 2006.
Estabilizante Químico. Disponível em: <http:www.internationalenzymes.net>Acesso
em: 18 de outubro de 2009.
FRANÇA, Fabrício Carlos. Estabilização Química de Solos para Fins
Rodoviários: Estudo de Caso com o Produto “RBI GRADE 81”. 2003. 101f. Tese
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil) - Universidade Federal de
Viçosa, Minas Gerais.
FELTRIN, Maikon Gonçalves. Desenvolvimento de blocos vazados de solo
cimento visando à autoconstrução de habitações populares. 2008. 98 f.
Monografia (Curso de Engenharia Civil) Universidade do Extremo Sul Catarinense,
Criciúma.
GOOGLE EARTH. Programa de Imagens por Satéite. Versão 4.0.209 (beta),
acessado em 08/10/2009.
GRANDE, Mazzeo Fernando. Fabricação de Tijolos Modulares de Solo-Cimento
por Prensagem Manual Com e Sem Adição de Sílica Ativa. Escola de Engenharia
de São Carlos da Universidade de São Paulo, São Paulo: Dissertação de mestrado
2003.
MARQUES, Geraldo Luciano de Oliveira. Notas de Aula 4: O Pavimento Rodoviário.
Net. Juiz de Fora, jun. 2005. Disponível em: <http:www.pavimentação.ufjf.br>Acesso
em: 18 de outubro de 2009.
MARIANO, Evelise Gonçalves. Melhoria das Propriedades Mecânicas de um Solo
Estabilizado com Cal, Cimento e CON-AID® Visando Aplicação em Obras de
Pavimentação. 2008. 123 f. Monografia (Curso de Engenharia Civil) Universidade
do Extremo Sul Catarinense, Criciúma.
PERMA-ZYME®. Disponível em: <http:www.caminosargentinossa.com.ar>Acesso
em: 18 de outubro de 2009.
PINTO, Carlos de Souza. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 2.ed São Paulo:
Oficina de Textos, 2002. 353 p.il.
SANTOS, Aline Selau. Análise das Propriedades Mecânicas dos Solos
Estabilizados com Aditivo Químico CON-AID® Para o Emprego em Obras de
Pavimentação. 2008. 140 f. Monografia (Curso de Engenharia Civil) Universidade
do Extremo Sul Catarinense, Criciúma.
87
SILVA, Claudia Claumann. Comportamento de Solos Siltosos Quando
Reforçados com Fibras e Melhorados com Aditivos Químicos e Orgânicos.
2007. 170f. Dissertação (Curso de Pós-Graduação em Construção Civil-Setor de
Tecnologia) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba.
TSUTSUMI, Mitsuo. TRN018 - Mecânica dos Solos I. Net. Juiz de Fora, jul. 2008.
Disponível em: <http://www.geotecnia.ufjf.br.pdf>Acesso em: 18 de outubro de 2009.
VARGAS, Milton. Introdução à Mecânica dos Solos. São Paulo: McGraw-Hill do
Brasil, 1977. 509 p.
88
APÊNDICE
89
APÊNDICE A: ENSAIO DE LIMITE DE LIQUIDEZ, LIMITE DE PLASTICIDADE E
ANÁLISE GRANULOMÉTRICA AMOSTRA ÚNICA
90
91
APÊNDICE B: CURVA DE COMPACTAÇÃO SOLO NATURAL AMOSTRA ÚNICA
92