siltosos quando melhorados com
aditivos químicos e orgânicos
ALESSANDER C. MORALES KORMANN*
BERNARDO P.J.C.N. PERNA**
O presente trabalho traz um estudo do
comportamento de um solo siltoso quando
melhorado com nove tipos de aditivos químicos
e orgânicos. Foram selecionados Terrazyme,
EMC², Dynacal, Homy solo, DS-328, Ecolopavi,
Lignosulfonato Vixil I, assim como a cal e o cimento.
Trata-se da análise laboratorial dos resultados
obtidos quando os mesmos são misturados ao
CLÁUDIA CLAUMANN DA SILVA***
ROBERTA BOMFIM BOSZCZOWSKI****
solo selecionado, compactados em cavas previamente
construídas no Sitio Experimental de Geotecnia da UFPR
e deixados curando por trinta dias. Após esse período
de cura foram retiradas amostras indeformadas a fim de
realizar ensaios de granulometria, compressão simples
e cisalhamento direto. O objetivo foi efetuar uma
comparação dos resultados obtidos do solo aditivado
com o solo puro após a realização dos ensaios
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COMPORTAMENTO DE SOLOS
O
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s aditivos são substâncias que adicionadas ao solo possuem a finalidade de melhorar determinadas características, propiciando um
aumento de compacidade, redução de higroscopicidade, aumento de durabilidade assim como acréscimo de resistência (TECPAR, 2006).
A principal aplicação dos aditivos desde o início de seu emprego diz
respeito à pavimentação, quando foram utilizados na construção de estradas vicinais, visando o aumento da resistência e a redução do desgaste e da
formação de pó das camadas de subleito e revestimento primário (TRINDADE, 2005). Essa aplicação não é recente, sendo que muitos aditivos foram
patenteados com tal finalidade. Hoje em dia sua aplicação também tem
sido direcionada ao reforço de solos frágeis (BRAZETTI, 1998).
A utilização com a finalidade de estabilização de solos de pavimentação, visando solucionar problemas de deslocamento em áreas intransitáveis, foi desenvolvida inicialmente pelos americanos, durante a
Segunda Guerra Mundial (desembarque de material bélico, construção
de aeroportos e desenvolvimento das cidades). A utilização do cimento
e da cal foi descartada nessa época devido à necessidade de transporte
a grandes distâncias, além do tempo de cura demasiado longo, o que
inviabilizava o processo. Dessa forma, o uso de outros tipos de aditivos poderia trazer benefícios ainda maiores. Segundo BRAZETTI (1998),
antigamente os aditivos tinham como desvantagens a dificuldade em
se realizar a mistura com o compósito, a sensibilidade ao tipo de solo,
além do alto custo.
RAUCH et al (2003) citam que os aditivos na atualidade foram introduzidos no mercado por um número de empresas cujo objetivo central é a
estabilização de solos da base e do subgrade do pavimento. Já no que diz
respeito à utilização em solos que não oferecem capacidade de suporte suficiente para aplicações da engenharia, alguns ensaios podem ser realizados
para a verificação da adequação ou não da utilização do produto.
MATERIAIS E MÉTODOS UTILIZADOS NO ESTUDO
1) Solo empregado
Para a realização da pesquisa elegeu-se utilizar um solo do tipo siltoso,
adquirido de uma área de empréstimo da Região Metropolitana de Curitiba,
o qual foi caracterizado geotecnicamente antes da aditivação de modo a
comparar o efeito causado pelas adições com os resultados do solo no
estado puro (SILVA, 2007).
2) Aditivos e dosagens
Os aditivos utilizados no referido estudo estão relacionados na tabela
1. Deve-se notar que alguns deles requerem uma mistura conjugada com
cal ou cimento.
3) Ensaios realizados
Para a determinação dos parâmetros de resistência do solo puro
e do solo aditivado foram realizados ensaios de compressão simples e
cisalhamento direto. Para a avaliação das modificações nos agregados
de solos foram realizados ensaios de granulometria com sedimentação apenas com água (sem defloculante). A quantidade de aditivo foi
determinada em relação à massa de solo seco. Os componentes foram
dispostos em um recipiente na seguinte seqüência: solo, aditivo misturado em água e, quando o produto necessitava, acrescentava-se um
reagente. As amostras utilizadas nos ensaios de cisalhamento direto
e compressão simples foram moldadas a partir de corpos-de-prova
compactados nas condições ótimas determinadas para o solo sem adição. O procedimento de ensaio de compactação seguiu as recomendações da NBR-7182/86.
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Tabela 1 - Relação de aditivos utilizados no estudo
Grupo
Cimento/ cal
Aditivo
Dosagem utilizada
Cal
Cimento Portland
2%, 4%,
2%, 4%
2
Orgânicos
Químicos com reagentes
Lignosulfonato
EMC
Terrazyme
0,07% , 0,67%, 1,63%
0,05%, 0,07%, 1,16%
DS-328
Dynacal
Ecolopavi
Homy Solo
Moldenzol 43
Rheocem 30
0,17% + 2% Cal
0,67% + 2% Cal, 0,17% + 2% Cal
0,33% + 2% Cal, 0,67% + 2% Cal, 1,52% + 2% Cal
0,67% + 2% Cal, 1,11% + 2% Cal
0,5% + 2% Cimento, 2% + 2% Cimento
0,17%, 0,67%
Lignosofonato Vixil
2%, 4%
Figura 1 - Ensaio de granulometria
gs
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gs
Figura 2 - Ensaio de compactação
Conforme análise granulométrica do solo puro (figura 1), o material
apresenta 19% de argila, 43 % de silte e 36 % de areia, sendo com isso
caracterizado como um silte areno-argiloso. No que diz respeito ao ensaio
de compactação, os resultados (figura 2) mostram uma umidade ótima de
29% e massa específica seca máxima de 1,43 g/cm³.
Para a caracterização de resistência do solo foram realizados os ensaios de
cisalhamento direto e compressão simples.
Os ensaios de cisalhamento direto foram realizados com as tensões nor-
Figura 3 - Gráfico tensão tangencial x
deslocamento horizontal do Solo puro
Figura 4 - Envoltória de resistência ao cisalhamento do solo puro
mais de 50, 100 e 200 kPa até um deslocamento de 12 mm. A velocidade
de cisalhamento aplicada foi de 0,056 mm/min. Os corpos-de-prova foram
moldados no teor de umidade ótima.
Na figura 3 são apresentadas as curvas tensão-deformação e na figura 4
a envoltória de resistência para um deslocamento de 5 mm. Os parâmetros de
resistência obtidos são 8,2 kPa de coesão e 28,1º de ângulo de atrito interno.
O ensaio de compressão simples foi executado em amostras de diâmetro 5
cm e altura 10 cm. Foram rompidos 4 corpos de prova que apresentaram
resistência média à compressão simples de 72 kPa.
5) Compactação dos solos aditivados e cura dos aditivos em campo
Para a compactação das cavas, o solo foi peneirado para a retirada
de pedregulhos em peneira de malha 25 mm ( figura 7). Após a verificação da umidade de campo e correção da umidade ótima, o aditivo
foi misturado ao solo, juntamente com cal ou cimento quando requerido ( tabela 1). A mistura foi feita sobre uma lona plástica para que
não ocorresse perda de material nem a mistura com outros. Após se
conseguir uma boa homogeneidade, a mistura era colocada nas cavas
em 3 camadas de mesma altura. A altura final de cada camada após a
compactação foi de 10 cm.
O processo foi realizado com produtos de características distintas,
em diferentes dosagens para verificar sua eficiência no que diz respeito
ao reforço.
Após o período de cura em campo, as amostras do solo aditivado foram
retiradas, protegidas com parafina e levadas ao laboratório para a realização dos ensaios, como mostra a figura 8.
AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS
a) Granulometria
Na figura 9 são apresentadas as curvas granulométricas do solo
puro e do mesmo solo com as adições estudadas neste trabalho. Observa-se que, de modo geral, os aditivos químicos levam a uma menor
porcentagem de finos sendo identificadas nos ensaios. Esse fato provavelmente está associado a uma aglomeração de partículas.
Figura 5 - Dimensões iniciais das cavas
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4) Preparação das amostras
Com o objetivo de proporcionar a cura do solo aditivado em características próximas às de campo, o solo foi compactado em cavas
abertas no Sítio Experimental de Geotecnia da UFPR, próximo ao laboratório. O terreno natural consiste em uma argila bastante rija e impermeável, características que favorecem o isolamento do material estudado. Para não haver contaminação com o solo natural, uma pequena
camada de brita zero foi colocada no fundo das cavas. Após a cura,
de no mínimo 30 dias, o material era coletado em blocos e enviado ao
laboratório para análise.
As cavas para compactação tinham as dimensões: 1,0 x 0,50 x 0,30 m
(figura 5) e foram abertas manualmente. Ao final do processo de escavação, cada cava foi medida para ter seu volume verificado (largura, comprimento e 3 medidas de profundidade). A quantidade de solo aditivado
foi determinada em função do volume da cava e do peso específico seco
determinado através do ensaio de compactação. Na figura 6 apresenta-se
uma vista geral das cavas realizadas no Sítio Experimental da UFPR.
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Figura 6 - Visão geral das cavas
Figura 7 - Peneiramento e
compactação do solo
b) Resistência ao cisalhamento
O ensaio de cisalhamento direto com o solo aditivado foi realizado utilizando-se tensões normais nominais iniciais de 50, 100 e 200
kPa. Os corpos-de-prova foram cuidadosamente moldados a partir
de amostras indeformadas. Para isto foram utilizados anéis metálicos
quadrados, que possuíam 100 mm de lado e 25,4 mm de altura. Uma
vez moldados, os corpos-de-prova eram transferidos para a caixa de
cisalhamento e inundados. A velocidade de cisalhamento aplicada foi
de 0,056 mm/min. Na figura 10 os resultados dos ensaios estão representados como pontos em um diagrama tensão cisalhante máxima
versus tensão normal. Para efeito de comparação, são apresentadas as
retas (envoltórias assumindo como válido o critério de Mohr-Coulomb)
que melhor se ajustam a cada conjunto de ensaios. Para a determinação
das envoltórias de ruptura foram considerados deslocamentos de 5 mm
para o solo puro e para as adições estudadas.
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Figura 8 - Amostra de
solo retirada das cavas
compactadas
De modo geral, as adições provocam no solo a aglomeração de partículas e o aumento do intercepto coesivo. As adições que não provocaram
o aumento da coesão foram: cimento 2%, Ecolopavi 0,67%, EMC² 1,63%,
Lignosofonato Vixil nas duas dosagens 2% e 4%, Moldezol 43 0,5% e Rheocem 30 0,67%.
Da mesma maneira como as adições provocaram o aumento da coesão, praticamente todas diminuíram a resistência em relação ao ângulo
de atrito. As exceções, que tiveram o valor do ângulo de atrito aumentado
foram: EMC² 1,63% e Moldezol 43 0,5%.
Avaliando o ganho de resistência geral, as adições que tiveram o
melhor desempenho neste tipo de solo foram: cal 4%, DS-328 0,17% e
Moldezol 43 0,5%. Informações mais detalhadas podem ser obtidas em
LACTEC (2009) e SILVA (2007).
c) Resistência à compressão simples
Os ensaios de compressão simples seguiram as recomendações da
Norma ASTM D 5102/96. Foram rompidos quatro corpos de prova de cada
material para a obtenção da resistência média.
Nos ensaios de resistência à compressão simples, observa-se que os
melhores desempenhos foram obtidos com os aditivos Homy Solo 0,67%,
Ecolopavi 1,52%, DS-328 0,17%. Ainda as adições de Terrazyme 1,16%, Cimento 4%, EMC² 1,63%, Dynacal 0,67%, Terrazyme 0,55% e Lignosulfato
VIXIL 2 e 4% apresentaram resistência superior à resistência do solo puro.
As adições realizadas com a cal 2 e 4%, cimento 2%, EMC² 0,67%,
Ecolopavi e Dynacal 0,17% não mostraram melhorias de resistência das
características apresentadas pelo solo sem adição (figura 11).
CONCLUSÕES
Neste estudo, em linhas gerais tem-se um efeito de aumento da resistência ao cisalhamento para os níveis mais baixos de tensão, e de redução
da resistência para tensões elevadas. Esse efeito se traduz no aumento da
coesão e redução do ângulo de atrito dos solos tratados.
O aumento da coesão mostrou-se consistente com os resultados de
análises granulométricas realizadas com o solo puro e aditivado, as quais
indicaram uma tendência dos agentes químicos provocarem a aglomeração de partículas. É possível que a queda de resistência para níveis mais al-
Figura 9 - Curvas granulométricas do solo sem
adição e com adição
Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer ao Laboratório de Solos do LAME
/ LACTEC, aos fornecedores de aditivos e à COPEL pelo fornecimento de
recursos necessários à execução da pesquisa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Figura 10- Envoltórias de ruptura para
deslocamento de 5 mm
Figura 11 - Comparação entre os aditivos –
resistência à compressão
[1] BRAZETTI, R. Considerações sobre
a influência de distintos aditivos orgânicos nas características micromorfológicas, mineralógicas, físicas, mecânicas e hidráulicas de um solo laterítico.
Tese (doutorado em Engenharia). USP,
275 p, 1998.
[2] LACTEC – Instituto de Tecnologia
para o Desenvolvimento. Melhoria e
tratamento de solos: Aplicações em
fundações de torres de transmissão.
Relatório Técnico. LACTEC, 185 p,
2009.
[3] RAUCH, A. F.; KATZ, L. E.; LILJESTRAND, H. M. An analysis of the
mechanisms and efficacy of three liquid chemical soil stabilizers. Research
Report. Universidade do Texas, 2003.
[4] SILVA, C.C. Comportamento de
solos siltosos quando reforçados com
fibras e melhorados com aditivos
químicos e orgânicos. Dissertação de
Mestrado, Curso de Pós-Graduação
em Construção Civil, Universidade Federal do Paraná, 2007.
[5] TECPAR. Disponível em < http://
www.sbrt.ibict.br > Acesso em 17/10/2006.
[6] TRINDADE, T. P.; LIMA, D.C.;
MACHADO, C. C.; CARVALHO, A. B.;
SCHAEFER, C. E. G. R. ; FONTES, M.
P. F.; CANESCHI, F.P. Compactação na
resistência mecânica de misturas solo RBI Grade 81. Revista Árvore, Viçosa, v.
29, nº. 4 – Minas Gerais, 2005.
* Alessander C. Morales Kormann é engenheiro civil e professor adjunto da Universidade
Federal do Paraná.
E-mail: [email protected]
**Bernardo J. P. C. N. Perna é engenheiro civil da COPEL, Curitiba, Brasil.
E-mail: [email protected]
*** Cláudia Claumann da Silva é engenheira Civil, professora da Pontifícia Universidade
Católica do Paraná.
E-mail: [email protected]
**** Roberta Bomfim Boszczowski é engenheira civil da Fugro In Situ Geotecnia.
E-mail: [email protected]
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tos de tensão efetiva esteja associada a uma destruição das ligações entre
partículas, devido à compressão do material.
Nas análises granulométricas realizadas percebeu-se que, de um modo
geral os aditivos tiveram um comportamento semelhante entre si.
Com relação à resistência no ensaio de cisalhamento direto, pode-se
concluir que os aditivos Cal (4%) e DS-328 (0,17%) foram os que apresentaram os melhores resultados mediante comparação com o solo puro.
No ensaio de resistência à compressão simples, pode-se concluir que
as adições com 0,67 % de Homy solo, 1,52% de Ecolopavi, 0,17% de DS328, 4% de Cimento, 1,16% de Terrazyme e 1,63% de EMC² apresentaram
os melhores desempenhos em relação ao solo puro.
Dentre as adições estudadas em laboratório durante o período da pesquisa aqui descrita, de um modo geral, deve-se notar que aquelas que mostraram potencial de melhorar as características do solo siltoso em questão,
envolveram o uso de cal. Em particular, o aditivo DS-328 (com 2% de cal)
mostrou bons resultados tanto nos ensaios de cisalhamento direto como
nos de compressão simples.
Finalmente, não se pode descartar qualquer um dos aditivos que não apresentaram bons desempenhos, pois muitos fatores devem ser levados em conta.
A dosagem utilizada é um bom exemplo, pois uma vez que cada fabricante
sugere formas de utilização diferentes, torna-se difícil conceber uma parametrização que permita a comparação entre o desempenho das diversas misturas.