COBRAMSEG 2010: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. © 2010 ABMS.
Avaliação da estabilização de solos com cal para fins rodoviários
por meio do ensaio expedito para classificação MCT – Método das
Pastilhas
Camila Belleza Maciel
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Florianópolis, Brasil. [email protected]
Ângela Grando
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Florianópolis, Brasil. [email protected]
Rafael Augusto dos Reis Higashi
Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, Florianópolis, Brasil. [email protected]
Cesar Schmidt Godoi
Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis-SC, Brasil. [email protected]
Marciano Maccarini
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Florianópolis, Brasil. [email protected]
Masato Kobiyama
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Florianópolis, Brasil. [email protected]
RESUMO: O Brasil possui aproximadamente 1.580.813 km de estradas distribuídas nas diferentes
regiões, das quais aproximadamente de 87% não são pavimentadas (DNIT, 2009). Desta forma,
além das características do solo adequadas como capacidade de suporte, expansão e
permeabilidade, as questões ambientais também devem ser levadas em contas. A não adequação
dessas características geotécnicas, além da instabilidade do solo em presença d’água, podem ser
fatarores desencadeadores de fortes processos erovivos em estradas não pavimentadas. Neste artigo
foi avaliada a estabilização química de um solo utilizado na construção e adequação de estradas não
pavimentadas no município de Rio Negrinho, planalto norte catarinense. O teor ótimo de cal foi
definido pelo Método de Eades e Grim – Método do pH. Este método permite, por meio da
determinação do pH de uma mistura de solo, água e porcentagens determinadas de cal, definir o
teor ótimo de cal para estabilizar o solo em questão. Após a determinição do teor ótimo de cal (7%),
o solo foi classificado por meio do ensaio expedito de classificação MCT (Miniatura Compactada
Tropical) no teor ótimo de cal, nas porcentagens de cal 4%, 5%, 6%, 8%, 9% e 10%, além da
classificação do solo em estado natural. O solo natural foi classificado como não laterítico, ou seja,
não apresenta um bom comportamento compactado. Os solos deste grupo caracterizam-se por terem
capacidade de suporte baixa, baixo módulo de resiliência, elevada erodibilidade, elevada
expansibilidade, elevado coeficiente de absorção e permeabilidade média. Após a adição de cal ao
mesmo solo, este passou a ser classificado como laterítico nas amostras com teores de cal acima do
estabelecido pelo método do pH como sendo o teor ótimo (7%), obtendo resultados satisfatórios
para a utilização em estradas não pavimentadas.
PALAVRAS-CHAVE: Classificação MCT, Método das Pastilhas, Estabilização de Solo.
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INTRODUÇÃO
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FINS RODOVIÁRIOS
De acordo com os dados publicados em 2009
pelo DNIT, no documento intitulado “Relatório
de Extensões do Sistema Rodoviário Nacional”,
a rede de estradas do Brasil é composta por
1.580.813 km de rodovias, incluindo rodovias
federais, estaduais e municipais (Tabela 1).
Deste total, apenas 13,44% são pavimentadas e
o restante, 1.368.371,7 km, são constituídas por
estradas não pavimentadas (86,56%). No sul do
país este número é ainda maior, correspondendo
a 88% do total de estradas.
De acordo com o Manual de Pavimentação do
DNIT (2006), a estabilização das camadas da
pavimentação ocorre por compactação de um
material ou mistura de materiais que
apresentem uma granulometria apropriada e
índices geotécnicos específicos, fixados em
especificações.
Segundo Guimarães (2002), quando o solo
não possui as características geotécnicas
exigidas para suportar a obra projetada,
principalmente quanto à sua resistência, tornase necessário corrigi-lo ou substituí-lo por
outro, com a adição ou subtração de
componentes, ou com a ação de agentes
químicos. A escolha da técnica, denominada
estabilização de solo, deve ser baseada na
economia e ainda na finalidade da obra.
De acordo com Caputo (2008), a
estabilização de solos para fins rodoviários
pode ser agrupada em duas categorias:
estabilização mecânica e estabilização por
aglutinantes (estabilização química). Na
estabilização mecânica, a granulometria do solo
é conservada ou corrigida pela mistura de um
ou mais solos, antes da compactação, com o
intuito de aumentar a coesão e/ou o ângulo de
atrito interno do solo. Na estabilização química,
adiciona-se ao solo uma substância que
aumente a sua coesão ou que o impermeabilize,
impedindo a redução da resistência pela ação da
água. Entre os tipos de estabilização química
utilizados em estradas estão o solo-cimento,
solo-cal, estabilização betuminosa, etc.
O tipo da estabilização escolhida depende das
propriedades do solo no estado natural, das
propriedades desejadas para o solo estabilizado
e dos efeitos no solo após a estabilização
(Corrêa, 2008).
A resistência mecânica dos solos e misturas
pode ser avaliada pelo índice de suporte
Califórnia (ISC ou CBR), em que, além do
valor da capacidade de suporte de amostras
deformadas, obtém-se, também, o valor da
expansão que, segundo Nogami e Villibor
(1995), tem sido um parâmetro de grande
importância em obras viárias (Pereira et al,
2006).
Tabela 1 - Rede Rodoviária do Brasil
Regiões
Brasileiras
Pavimentadas
Não Pavimentadas
km
Total
km
%
%
km
Norte
17.779,5
15,75
95.108,5
84,25
112.888,0
Nordeste
Sudeste
Sul
CentroOeste
56.134,6
69.917,0
40.146,5
15,41
13,30
11,98
364.244,0
455.724,9
294.826,5
84,59
86,7
88,01
420.378,6
525.641,9
334.973,0
28.464,4
15,22
158.467,8
84,78
186.932,2
Em Santa Catarina, este número chega próximo a
89% do total de estradas existentes, incluindo
rodovias federais, estaduais e municipais, como
pode-se verificar na Tabela 2.
Tabela 2 - Rede Rodoviária em Santa Catarina
Rodovias
Pavimentadas
km
%
Não
Pavimentadas
km
%
Total
km
Federais
2.248,1
98,3
38,9
1,7
2.287,0
Estaduais
Municipais
Total km
3.811,6
914,6
6.974,3
68,24
1,7
11,29
1.773,5
52.977
54.789,4
31,76
98,3
88,7
5.585,1
53.891,6
61.763,7
Os materiais utilizáveis na construção,
recuperação e conservação de rodovias não
pavimentadas são, na maioria das vezes,
encontrados nos próprios trechos ou em jazidas
próximas aos mesmos. Em cada região, a
escassez ou abundância destes materiais
depende quase que exclusivamente das
características geológicas e pedológicas locais
(Higashi, 2008). Por sua natureza linear, uma
rodovia pode atravessar uma grande variedade
de
solos,
que
apresentam
diferentes
características e propriedades distintas, e podem
responder diferentemente às solicitações
impostas pelas obras de engenharia.
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ESTABILIZAÇÃO DE SOLO PARA
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ÁREA DE ESTUDO
A área de estudo corresponde à uma fazenda de
reflorestamento destinada à produção de Pinus
taeda (Figura 1). Esta fazenda está situada no
planalto norte do Estado de Santa Catarina,
entre os municípios de Rio Negrinho e Doutor
Pedrinho. A região apresenta uma altitude
média de 792 m e uma precipitação média anual
de 1.572 mm.ano-1 (Kobiyama et al., 2004).
Figura 2 – Distribuição granulométrica do solo com e
sem defloculante
Pela classificação HRB – Sistema Rodoviário
de Classificação, o solo da jazida caracteriza-se
como argiloso. Segundo a classificação SUCS –
Sistema Unificado de Classificação do Solo, o
solo da jazida analisada caracteriza-se como
solo argiloso pouco plástico.
Após uma prévia classificação física do solo,
foram realizados os ensaios de compactação
(NBR 7182/1986) e o ensaio para determinação
do Índice de Suporte Califórnia, tendo por base
a norma NBR9895/1987. Este último ensaio é
realizado para avaliação da resistência a
penetração e medição da expansão.
Figura 1 – Estrada pertencente à área de estudo
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MATERIAIS E MÉTODOS
4.1
Caracterização Geotécnica
4.2
Estabilização do Solo com Cal
Com o objetivo de avaliar o comportamento
destes solos adotando a estabilização com cal
como técnica de estabilização de solos, foi
utilizado o Método de Eades e Grim – Método
do pH. Este método permite, por meio da
determinação do pH de uma mistura de solo,
água e porcentagens determinadas de cal,
definir o teor ótimo de cal para estabilizar o
solo em questão. Foi utilizada neste estudo cal
cálcica hidratada (CH-I). O menor teor que
conduz a um pH de 12,4 é o teor necessário
para estabilizar o solo, ou seja, na mistura há
cal suficiente para toda a fase rápida e para dar
início às reações pozolânicas, as quais
consomem mais cal.
Após a determinação do teor ótimo de cal, foi
realizado o ensaio para determinação do Índice
de Suporte Califórnia – CBR, além do ensaio
expedito para classificação MCT – Miniatura
Compactado Tropical, proposto por Nogami e
Foi realizado o ensaio de análise granulométrica
de acordo com a NBR 7181/1984 – Solo:
Análise Granulométrica com o solo utilizado na
construção e adequação de estradas dentro da
área de estudo. Foram utilizadas amostras de
solo em estado natural, com e sem a adição de
defloculante Hexa-metafosfato de sódio.
Segundo este ensaio, o solo analisado apresenta
maiores porcentagens de silte (57,52 % do total
com a utilização do defloculante Hexametafosfato de sódio). De acordo com esta
análise, este material possui ainda 19,67% de
argila, 14,79% de areia fina, 6,1% de areia
média, 1,11 % de areia grossa e 0,81% de
pedregulho, conforme a Figura 2.
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Villibor (1994). Este último ensaio foi realizado
para três teores de cal acima do teor ótimo e três
teores de cal abaixo do teor ótimo encontrado.
Este ensaio, conhecido por Método das
Pastilhas, permite a classificação do solo, por
meio do comportamento de pastilhas moldadas
em anéis de aço inox ou PVC de 20 mm de
diâmetro interno e 5 mm de altura. Este método
classifica os solos em duas grandes classes: os
lateríticos e os não lateríticos.
5
Após determinada a umidade ótima do solo
natural por meio do ensaio de compactação, foi
possível realizar o ensaio do Índice de Suporte
Califórnia, com e sem imersão em água. Este
ensaio foi realizado com solo natural e solo com
7 porcentagens de cal, conforme Figura 3.
RESULTADOS
5.1 Classificação MCT – Método Expedito
das Pastilhas
O solo utilizado nas estradas da área de estudo
foi classificado como NS`-NA` (Sitoso –
Arenoso Não Laterítico), ou seja, não apresenta
um bom comportamento compactado. Os solos
deste grupo caracterizam-se por terem
capacidade de suporte baixa, baixo módulo de
resiliência, elevada erodibilidade, elevada
expansibilidade, elevado coeficiente de
absorção e permeabilidade média.
Após a adição de cal ao mesmo solo, este
passou a ser classificado como laterítico em
amostras de solos com teores de cal acima do
estabelecido pelo método do pH como sendo o
teor ótimo (7%). Em seguida foram realizados
ensaios com 4, 5, 6, 8, 9 e 10% de cal, obtendo
os resultados conforme a Tabela 3.
Figura 3 – Resultados do Ensaio CBR com e sem imersão
O solo no estado natural apresentou CBR de
21% com imersão em água e 23% sem imersão
em água. Já o solo melhorado com cal, com teor
de 7% de cal (teor ótimo obtido por meio do
método do pH), apresentou CBR de 69% com
imersão e 59% sem imersão. O solo com teor de
6% de cal atingiu valores próximos a este,
atingindo 68% com imersão e 54% sem
imersão.
6
Os resultados obtidos neste estudo permitem
concluir que a dosagem da cal obtida por meio
do método do pH mostrou-se válida, sendo uma
metodologia adequada para dosagem de cal
para melhoria dos solos tropicais, sendo
verificada pelo Método das Pastilhas.
A adição de cal no solo utilizado na
construção e adequação de estradas não
pavimentadas modificou a estrutura do solo,
passando de material siltoso/argiloso para um
material arenoso, confirmando que o aditivo
reage com o solo através das reações
pozolânicas, tornando o mesmo, viável para
uma camada compactada.
O ensaio CBR permitiu a verificação da
melhoria da resistência mecânica do solo após a
adição de cal hidratada. Por meio do mesmo
Tabela 3 – Resultados do Ensaio de Classificação MCT
Penetraçã Contraçã
Cal
Classificação MCT
o
o
6%
5,0mm
0,1mm
NS' - NA' –Siltoso - Arenoso
Não Laterítico
NS'-NA' – Siltoso - Arenoso
Não Laterítico
NA-NS' - Arenoso – Siltoso
Não Laterítico
NA'-NS'- Arenoso – Siltoso
Não Laterítico
7%
0,0mm
0,4mm
LA- LA'- Arenoso – Laterítico
8%
0,0mm
0,2mm
LA- Arenoso Laterítico
9%
0,0mm
0,1mm
LA- Arenoso Laterítico
10%
0,0mm
0,7mm
LA'- Arenoso Laterítico
0%
5,0mm
0,8mm
4%
4,0mm
0,4mm
5%
3,0mm
0,3mm
5.2
CONCLUSÃO
Índice de Suporte Califórnia e Expansão
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ensaio pode-se observar que com uma
porcentagem de 6% de cal os índices se
aproximam muito ao teor considerado ótimo
pelo método do pH.
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA
DE
NORMAS
TÉCNICAS. NBR 7181/84: solo - análise
granulométrica. Rio de Janeiro, 1984. 13 p.
ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA
DE
NORMAS
TÉCNICAS. NBR 7182/86: solo – Ensaio de
compactação. Rio de Janeiro, 1986.
CAPUTO, H.P. Mecânica dos solos e suas aplicações,
volume 2. 6 ed. rev. e ampl. Rio de Janeiro: LCT,
2008.
CORRÊA, J.F. Avaliação das melhorias das
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Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil UFSC. Florianópolis, 2008. 131p.
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GUIMARÃES, J.E.P. A Cal: fundamentos e aplicação
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