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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
PROGRAMA DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES
AVALIAÇÃO DE MISTURAS DE SOLOS
ESTABILIZADOS COM CAL, EM PÓ E EM PASTA, PARA
APLICAÇÃO EM RODOVIAS DO ESTADO DO CEARÁ
Arielton Fonteles Araújo
ORIENTADORA: Profª. Dra. Suelly Helena de Araújo Barroso
Fortaleza
2009
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
PROGRAMA DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES
AVALIAÇÃO DE MISTURAS DE SOLOS
ESTABILIZADOS COM CAL, EM PÓ E EM PASTA, PARA
APLICAÇÃO EM RODOVIAS DO ESTADO DO CEARÁ
Arielton Fonteles Araújo
Dissertação submetida ao Programa de
Mestrado em Engenharia de Transportes
da Universidade Federal do Ceará, como
parte dos requisitos para a obtenção do
título de Mestre em Engenharia de
Transportes.
ORIENTADORA: Profª. Dra. Suelly Helena de Araújo Barroso
Fortaleza
2009
FICHA CATALOGRÁFICA
ARAÚJO, ARIELTON FONTELES ARAÚJO
Avaliação de Misturas de Solos Estabilizados com Cal, em Pó e em Pasta,
para Aplicação em Rodovias do Estado do Ceará, 2009.
175 fl., Dissertação (Mestrado em Engenharia de Transportes) Programa de
Mestrado em Engenharia de Transportes, Centro de Tecnologia, Universidade Federal
do Ceará, Fortaleza, 2009.
1. Solo-Cal 2. Estabilização
3. Pavimentação 4. Rodovia
CDD 888
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
ARAUJO, A. F. (2009). Avaliação de Misturas de Solos Estabilizados com Cal, em Pó
e em Pasta, para Aplicação em Rodovias do Estado do Ceará. Dissertação de Mestrado,
Programa de Mestrado em Engenharia do Transportes, Universidade Federal do Ceará,
Fortaleza, CE, 175 fl.
CESSÃO DE DIREITOS
NOME DO AUTOR: Arielton Fonteles Araújo
TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO: Avaliação de Misturas de Solos
Estabilizados com Cal, em Pó e em Pasta, para Aplicação em Rodovias do Estado do
Ceará. Fortaleza.
Mestre/2009
É concedida à Universidade Federal do Ceará permissão para reproduzir cópias
desta dissertação de mestrado e para emprestar ou vender tais cópias somente para
propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e
nenhuma parte desta dissertação de mestrado pode ser reproduzida sem a autorização
por escrito do autor.
_________________________________
Arielton Fonteles Araújo
Av. Deputado Oswaldo Studart, 338, Fátima
60.411-260 Fortaleza/CE Brasil
ii
AVALIAÇÃO DE MISTURAS DE SOLOS ESTABILIZADOS COM CAL, EM PÓ E
EM PASTA, PARA APLICAÇÃO EM RODOVIAS DO ESTADO DO CEARÁ.
Arielton Fonteles Araújo
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO PROGRAMA DE
MESTRADO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO CEARÁ COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS À
OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES.
Aprovada por:
_______________________________________________
Profª. Suelly Helena de Araújo Barroso, Dra. Eng.
(Orientadora)
_______________________________________________
Prof. Ernesto Ferreira Nobre Junior, Dr. Eng.
(Examinador Interno)
_______________________________________________
Profa. Sandra de Aguiar Soares, Dc. Sc.
(Examinadora Interna)
_______________________________________________
Profa. Liedi Légi Bariani Bernucci, Dra. Eng.
(Examinadora Externa)
FORTALEZA, CE BRASIL
JANEIRO DE 2009
iii
DEDICATÓRIA
A Deus, que me deu sabedoria e paz de espírito,
permitindo que eu realizasse essa dissertação.
Aos meus pais, Ari e Graça, pelo amor,
companheirismo e dedicação de toda uma vida.
Aos meus irmãos, Joari e Ariane, pelo carinho,
apoio e torcida.
À minha namorada Greicy, a quem tanto estimo e
admiro.
DEDICO.
iv
AGRADECIMENTOS
A Deus, que sempre esteve ao meu lado e permitiu que esta pesquisa fosse realizada.
Aos meus pais, pelo carinho, amor, incentivo e companheirismo, sem os quais esse
trabalho não teria chegado ao fim.
À minha orientadora Suelly Helena de Araújo Barroso pela paciência, incentivo e
disponibilidade dedicados durante todo o decorrer do trabalho.
À minha namorada Greicy Coelho de Souza, por sua dedicação, paciência e
companheirismo.
Aos meus irmãos, Joari e Ariane, pela torcida, apoio e orações.
Aos meus amigos Rômulo Jácome de Mesquita e Márcio Muniz, pelo companheirismo
e apoio incessante prestado para a realização dessa pesquisa.
A todo o grupo do Laboratório de Mecânica dos Pavimentos (LMP), em especial aos
amigos Rômulo, Márcio, Marcondes, Henrique Cassaco, Nobre Rabêlo, Lucimar,
Pedro, Manuela e Annie Karine, pelo apoio incondicional.
À Professora e companheira de mestrado Lilian Gondim, por toda a ajuda prestada para
melhoria e finalização desse trabalho.
Ao professor Franklin Chaves e ao Engenheiro Paulo Loiola, pela solução de dúvidas e
pelas grandes contribuições técnicas dadas a este trabalho.
À CARBOMIL pela cessão do estabilizante utilizado nesta pesquisa e, em especial, ao
Engenheiro Químico Crisanto Prado Santiago, funcionário dessa empresa, pela atenção
e disponibilidade.
À CAPES, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, pela minha
bolsa de mestrado.
Aos Professores do Departamento de Engenharia de Transportes, em especial aos
Professores Jorge Barbosa Soares e Ernesto Ferreira Nobre Junior pelos conhecimentos
transmitidos.
v
Aos técnicos do Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação, Carlos Germano e
Roberto, por toda ajuda e apoio prestados na realização dos ensaios.
A todos os meus amigos e familiares, pelos momentos de descontração e descanso, e
dos quais furtei momentos preciosos durante todo o período em que realizei esta
pesquisa.
vi
Resumo da Dissertação submetida ao PETRAN/UFC como parte dos requisitos para
obtenção do título de mestre em Engenharia de Transportes
AVALIAÇÃO DE MISTURAS DE SOLOS ESTABILIZADOS COM CAL, EM PÓ E
EM PASTA, PARA APLICAÇÃO EM RODOVIAS DO ESTADO DO CEARÁ.
Arielton Fonteles Araújo
Janeiro/2009
ORIENTADOR(A): Profª. Dra. Suelly Helena de Araújo Barroso
A região do Agropólo do Baixo Jaguaribe desempenha um importante papel no cenário
econômico e social do estado do Ceará, propiciando, a cada dia, novas oportunidades
para o desenvolvimento local de atividades relacionadas à agricultura irrigada e aos
agronegócios. Verifica-se, contudo, que a infra-estrutura rodoviária da região encontra-
se muito precária, apresentado fatores, como a falta de solos adequados e os limitados
recursos financeiros, que acabam inviabilizando economicamente os investimentos na
melhoria da malha rodoviária local. Torna-se então necessária a busca por alternativas
tecnológicas que permitam a redução dos custos de implantação e melhoria de
pavimentos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade técnica do uso da cal na
estabilização de solos ocorrentes no Agropólo do Baixo Jaguaribe, estado do Ceará,
para o emprego em camadas nobres de rodovias. Nesse trabalho foram selecionadas
duas amostras de solos da região para o estudo da estabilização com a inserção da cal.
Foram analisadas duas formas de aplicação do estabilizante ao solo: uma delas diluída
na água de compactação (método proposto) e a outra em pó (método convencionalmente
utilizado). As outras variáveis investigadas na pesquisa relacionaram-se com os teores
da cal aplicados (3%, 5% e 7%), os tempos de cura aos quais as misturas foram
submetidas (0, 7, 14, 28 e 90 dias) e a variação das energias de compactação, normal e
intermediária, utilizadas em alguns ensaios específicos. As misturas estabilizadas foram
submetidas a dois métodos de dosagem: um analisando o comportamento químico das
amostras, por meio da evolução dos valores de pH, e o outro analisando o
comportamento mecânico, por meio da evolução dos valores de resistência à
compressão simples. As misturas produzidas em laboratório foram submetidas também
a avaliação da resistência mecânica por meio dos ensaios de Resistência à Compressão
Simples, Resistência à Tração por Compressão Diametral e Módulo de Resiliência. Foi
verificado que a estabilização química realizada através da adição da cal (em pó e em
pasta) proporcionou o incremento de resistência nas amostras naturais dos solos
estudados, em função de algumas características físicas e químicas dos mesmos. Com
base nos ensaios realizados, verificou-se uma melhor aplicabilidade da cal no processo
de estabilização de um dos solos estudados.
vii
Abstract of the Dissertation submitted to PETRAN/UFC as part of the requirements for
the degree of Master of Science (M. Sc.) in Transports Engineering
EVALUATION OF SOILS MIXTURES STABILIZED WITH LIME (IN POWDER
AND DILUTED IN WATER) FOR APPLICATION IN HIGHWAYS IN THE STATE
OF CEARA.
Arielton Fonteles Araújo
January/2009
ADVISOR: Profª. Dra. Suelly Helena de Araújo Barroso
The Baixo Jaguaribe plays an important role in the socio-economic
scenario in the State of Ceara. This agriculture pole has been promoting new
opportunities for the development of irrigated agriculture and agribusiness;
nevertheless, its highway infrastructure is poor. The r
coupled with limited financial resources make economically unfeasible any effort to
improve the road network. Therefore, it is necessary to search for technological
alternatives that allow both the reduction of implantation costs and the pavement
improvement. The objective of this study was to evaluate the technical viability of using
lime to stabilize the soil at the Baixo Jaguaribe´s Agricultural Pole, Ceara, to be used in
noble layers of highway. Two samples from the regi
study in order to investigate the soil stabilization after adding lime. Two methods of
administering the stabilizer to the soil were analyzed: in the first one, the lime was
diluted in the compacting water (experimental method) and, in the second on, the lime
powder was directly administered (control method). Other variables investigated in this
study are a) the rate of lime administered (3%, 5%, and 7%), b) the curing time to which
the mixtures were administered (0, 7, 14, 28, and 90 days), and c) the compacting
energy variation, normal and intermediate, used in some specific tests. The stabilized
performance through the pH values evolution an
mechanic performance through the resistance to simple compression values evolution.
The mixtures produced in the laboratory were also submitted to mechanic resistance
evaluations through the compression strength test, the diametrical compression test, and
the resilience modulus test. It was observed that the chemical stabilization obtained by
adding lime (powder or diluted in water) promoted improvement at the analyzed soil
samples due to the some of the soil physical and chemical features. Based on these
analyses, the best outcome by adding lime to stabilize the soil was observed in one of
the investigated soils.
viii
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS ............................................................................ 1
1.2. PROBLEMA E RELEVÂNCIA DO TEMA ...................................................... 3
1.3. OBJETIVOS .......................................................................................................... 4
1.4. O MÉTODO ........................................................................................................... 4
1.5. ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO ............................................................. 5
CAPÍTULO 2: ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS APLICADA À PAVIMENTAÇÃO
2.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS ............................................................................ 7
2.2. ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS - CONCEITUAÇÃO ...................................... 8
2.3. TIPOS DE ESTABILIZAÇÃO ............................................................................ 9
2.3.1. Estabilização Mecânica .................................................................................... 9
2.3.1.1. Compactação .................................................................................................. 10
2.3.1.2. Estabilização Granulométrica ....................................................................... 10
2.3.2. Estabilização Química .................................................................................... 10
2.4. ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM CAL..................................................... 12
2.4.1. Conceituação .................................................................................................. 12
2.4.2. Breve Histórico .............................................................................................. 13
2.4.3. Componentes das Misturas Solo-Cal ............................................................. 18
2.4.3.1. A Cal ............................................................................................................... 18
2.4.3.2. O Solo ............................................................................................................. 22
2.4.4. Reações Solo-Cal ........................................................................................... 24
2.4.5. Fatores que Influenciam no Processo de Estabilização Solo-Cal .................. 32
2.4.6. Produção da Cal no Brasil e em Outros Países .............................................. 35
2.4.7. Produção da Cal no Estado do Ceará ............................................................. 38
2.4.8. Processo Construtivo de Misturas Estabilizadas pela Cal .............................. 40
2.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS .............................................................................. 45
CAPÍTULO 3: MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS .......................................................................... 46
3.2. INFORMAÇÕES GERAIS SOBRE A ÁREA DE ESTUDO ......................... 46
3.3. SELEÇÃO DOS MATERIAIS........................................................................... 53
3.3.1. Solos ............................................................................................................... 53
3.3.2. Cal .................................................................................................................. 56
3.3.3. Água ............................................................................................................... 56
3.4. PROGRAMA EXPERIMENTAL ..................................................................... 56
ix
3.4.1. Considerações Gerais ..................................................................................... 56
3.4.2. Misturas .......................................................................................................... 59
3.4.3. Dosagem ......................................................................................................... 62
3.4.4. Caracterização ................................................................................................ 64
3.4.4.1. Análise Granulométrica ................................................................................. 64
3.4.4.2. Limites de Atterberg ....................................................................................... 64
3.4.4.3. Ensaios de Compactação ............................................................................... 64
3.4.5. Ensaios Químicos ........................................................................................... 64
3.4.6. Ensaios de Resistência ................................................................................... 65
3.4.6.1. Ensaios de Índice de Suporte Califórnia (CBR) e Expansão ......................... 65
3.4.6.2. Ensaios de Resistência à Compressão Simples .............................................. 65
3.4.6.3. Ensaios de Resistência à Tração por Compressão Diametral ...................... 66
3.4.6.4. Ensaios de Módulo de Resiliência ................................................................. 67
3.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS .............................................................................. 73
CAPÍTULO 4: APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
4.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS .......................................................................... 74
4.2. CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS ................................................................. 75
4.2.1. Caracterização Geotécnica ............................................................................. 75
4.2.1.1. Amostra Am-A ................................................................................................ 75
4.2.1.2. Amostra Am-B ................................................................................................ 77
4.2.2. Análise Química ............................................................................................. 79
4.2.2.1. Capacidade de Troca Catiônica (CTC) ......................................................... 79
4.2.2.2. Atividade das Argilas (Tr) .............................................................................. 81
4.2.2.3. Potencial Hidrogeniônico (pH) ...................................................................... 82
4.3. DOSAGEM DAS MISTURAS DE SOLO-CAL ............................................... 83
4.3.1. Método de Eades e Grim (1966) .................................................................... 83
4.3.2. Método de Thompson (1966) ......................................................................... 89
4.4. LIMITES DE ATTERBERG PARA AS MISTURAS DE SOLO-CAL ........ 91
4.4.1. Amostra Am-A ............................................................................................... 91
4.4.2. Amostra Am-B ............................................................................................... 91
4.4.3. Efeitos da Cal nos Limites de Consistência dos Solos Estudados ................. 92
4.5. CARACTERÍSTICAS DA COMPACTAÇÃO ................................................ 93
4.6. ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (ISC) ............................................... 100
4.7. EXPANSÃO ....................................................................................................... 103
4.8. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES .............................................. 105
4.8.1. Resultados da RCS em Função do Tempo de Cura em Dias e do Teor de Cal
(Ensaios Convencionais) ............................................................................................... 106
x
4.8.1.1. Amostra Am-A .............................................................................................. 107
4.8.1.2. Amostra Am-B .............................................................................................. 113
4.8.1.3. Influência do Tipo de Solo Utilizado ............................................................ 117
4.8.2. Resultados da RCS em Função do Tempo de Espera da Mistura Solo-Cal
(Ensaios Não Convencionais) ....................................................................................... 117
4.9. RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL (RTCD)
.......................................................................................................................................121
4.9.1. Amostra Am-A ............................................................................................. 122
4.9.2. Amostra Am-B ............................................................................................. 124
4.9.3. Influência do Tipo de Solo Utilizado ........................................................... 125
4.9.4. Influência entre RCS e RTCD Para as Misturas de Solo-Cal Analisada
.......................................................................................................................................126
4.10. MÓDULO DE RESILIÊNCIA ......................................................................... 127
4.10.1. Modelo Composto ........................................................................................ 131
4.10.1.1. Solo Am-A ..................................................................................................... 135
4.10.1.2. Solo Am-B ..................................................................................................... 143
4.11. ANÁLISE MECANÍSTICA DE PAVIMENTOS ........................................... 151
4.12. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................ 155
CAPÍTULO 5: CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
5.1. CONCLUSÕES ................................................................................................. 156
5.1.1. Considerações Iniciais .................................................................................. 156
5.1.2. Principais Resultados .................................................................................... 156
5.1.2.1. Quanto à Caracterização Geotécnica e a Análise Química dos Solos
Naturais......................................................................................................................... 156
5.1.2.2. Quanto aos Métodos de dosagens das Misturas de Solo-Cal ........................156
5.1.2.3. Quanto aos Ensaios de Consistência, Compactação, ISC e Expansão
.......................................................................................................................................158
5.1.2.4. Quanto aos Resultados dos Ensaios de RCS .................................................159
5.1.2.5.Quanto aos Resultados dos Ensaios de RTCD
.................................................16162
5.1.2.6.Quanto aos Resultados dos ensaios de MR
.......................................................................................................................................163
5.1.2.7. Quanto ao Dimensionamento do Pavimento Proposto .................................163
5.1.3. Principais Conclusões ................................................................................... 164
5.2. PRINCIPAIS SUGESTÕES ............................................................................. 165
5.2.1. Proposta Preliminar Para Investigação da Compatibilidade da Cal Com o
Solo................................................................................................................................166
xi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 Mapa do estado Ceará contendo o agropólo do Baixo Jaguaribe na época
da implantação deste (adaptado de IPECE, 2007).......................................2
Figura 2.1 - Via Ápia (GUIMARÃES, 2002). ...............................................................14
Figura 2.2 - Trecho Limoeiro do Norte/Flores (Arquivo pessoal do Eng. Paulo Roberto
Reis Loiola)...............................................................................................17
Figura 2.3 - Trecho da rodovia do Melão em execução (LOYOLA e BARROSO, 2007).
.................................................................................................................18
Figura 2.4 - Rodovia do Melão após 6 anos de funcionamento (LOYOLA e
BARROSO, 2007). .................................................................................18
Figura 2.5 - Fluxograma de fabricação e industrialização da cal (GUIMARÃES, 2002).
.................................................................................................................20
Figura 2.6 - Reservas de Calcários e Dolomitos no Brasil em milhões de toneladas,
referentes ao ano de 1990 (GUIMARÃES, 2002). ...................................21
Figura 2.7 - Formação de uma camada de água difundida ao redor da partícula de argila
(LITTLE, 1995)..........................................................................................24
Figura 2.8 - Reação de troca de cátions (PRUSINSKI e BHATTACHARJA, 1999).
.................................................................................................................26
Figura 2.9 - Mudança textural ocorrida devido ao fenômeno da troca de cátions seguido
pela floculação e aglomeração (LITTLE, 1995)...........................................27
Figura 2.10 - Mecanismo de estabilização das misturas de solo-cal (INGLES e
METCALF, 1972).................................................................................30
Figura 2.11 - Esquema de fatores que influenciam as reações solo-cal (GUIMARÃES,
2002)...........................................................................................................32
xii
Figura 2.12 - Produção Geral (ABPC, 2007). ................................................................36
Figura 2.13 - Mercado livre (ABPC, 2007) )..................................................................36
Figura 2.14 - Produção no mercado livre de cal, na forma virgem ou hidratada,
referentes ao ano de 2006 (ABPC, 2007). ..............................................37
Figura 2.15 - Áreas de consumo da cal no Brasil referentes ao ano de 2006 (ABPC,
2007). ......................................................................................................37
Figura 2.16 - Processo de fabricação industrial das cales da Carbomil Química S/A
(Fonte: Própria)...............................................................................39
Figura 2.17 - Fábrica da carbomil Química S/A em Limoeiro do Norte-CE. ................40
Figura 2.18 - Escarificação (NLA, 2004). ......................................................................41
Figura 2.19 - Posicionamento de sacos de cal (IFG, 2005). ...........................................41
Figura 2.20 - Espalhador mecânico para a aplicação da cal em pó (NLA, 2004). .........41
Figura 2.21 - Exemplo de aplicação da pasta de cal com o espalhador pneumático
(NLA, 2004). ..........................................................................................42
Figura 2.22 - Enleiramento lateral do solo para contenção da cal antes do processo de
mistura (NLA, 2004). .............................................................................42
Figura 2.23 - Escarificação e pulverização após a distribuição da cal em pó (NLA,
2004). ......................................................................................................42
Figura 2.24 - Adicionamento de água após a aplicação da cal em pó (NLA, 2004).......43
Figura 2.25 - Mistura da cal ao solo simultaneamente a adição de água (IFG, 2005).
.................................................................................................................43
Figura 2.26 - Rolo pé-de-carneiro (NLA, 2004). ...........................................................44
Figura 2.27 - Rolo liso (NLA, 2004). .............................................................................44
xiii
Figura 2.28 - Cura por imprimação betuminosa (NLA, 2004). ......................................45
Figura 3.1 - Mapa do Ceará e seus agropólos (GIRÃO, 2000). .....................................47
Figura 3.2 - Divisão municipal e localização em coordenadas geográficas do agropólo
do Baixo Jaguaribe (SEAGRI, 2006). .........................................................48
Figura 3.3 - Mapa climático do Agropólo do Baixo Jaguaribe (IPECE, 2007). ............51
Figura 3.4 - Mapa Topográfico do Agropólo do Baixo Jaguaribe (IPECE, 2007). ........52
Figura 3.5 - Mapa pedológico do agropólo do Baixo Jaguaribe (adaptdo do INPLANCE,
2007 por RABÊLO, 2006)............................................................................52
Figura 3.6 - Coleta de Solo (Am -A). .............................................................................54
Figura 3.7 - Coleta de Solo (Am-B). ..............................................................................54
Figura 3.8 - Mapa de localização das jazidas estudadas e da fábrica da cal (Carbomil)
que disponibilizou o estabilizante utilizado nesta pesquisa. .....................55
Figura 3.9 - Esquema simplificado do programa experimental. .....................................57
Figura 3.10 - Método de ensaio da cal em pasta. ...........................................................60
Figura 3.11 - Misturas de solo-cal (dosagem). ...............................................................60
Figura 3.12 Misturas de solo-cal (ensaios de resistência). ..........................................61
Figura 3.13 - pHmetro utilizado na pesquisa. .................................................................63
Figura 3.14 - Molde cilíndrico tripartido usado no ensaio de compressão simples. ......65
Figura 3.15 - Exemplo de resultados gráficos pelo SiCAEP após o ensaio triaxial. ......68
Figura 3.16 Tela gerada pelo SiCAEP durante a realização do ensaio triaxial. ..........68
Figura 3.17 - Figura esquemática de um equipamento utilizado no ensaio triaxial
dinâmico (MEDINA & MOTTA, 2005). ...............................................70
Figura 3.18 - Colocação do corpo-de-prova (CP) sobre a pedra porosa. .......................71
xiv
Figura 3.19 - Colocação do cabeçote sobre o CP. ..........................................................71
Figura 3.20 - Fixação dos LVDTs ao cabeçote (vista superior). ....................................71
Figura 3.21 - Fixação dos LVDTs ao cabeçote (vista frontal). ......................................71
Figura 3.22 - Colocação do cilindro da célula triaxial. ..................................................71
Figura 3.23 - Liberação do ar comprimido. ....................................................................71
Figura 3.24 Classificação resiliente (DNIT, 2006). .....................................................72
Figura 4.1- Distribuição granulométrica da amostra de solo Am-A (DNER ME 051/94).
.....................................................................................................................76
Figura 4.2- Distribuição granulométrica da amostra de solo Am-B (DNER ME 051/94).
......................................................................................................................78
Figura 4.3- Variação do pH com o teor de cal e tempo de cura (Am-A). ......................85
Figura 4.4 - Variação do pH com o teor de cal e tempo de cura (Am-B).......................85
Figura 4.5 - Dosagem Thompson (Solo Am-A). ............................................................89
Figura 4.6 Dosagem Thompson (Solo Am-B). ............................................................89
Figura 4.7 Curvas de compactação (solo Am-A e misturas de solo mais cal em pó).
..................................................................................................................93
Figura 4.8 Curvas de compactação (solo Am-A e misturas de solo mais cal em pasta).
.....................................................................................................................94
Figura 4.9 Curvas de compactação (solo Am-B e misturas de solo mais cal em pó).
........................................................................................................................94
Figura 4.10 Curvas de compactação (solo Am-B e misturas de solo mais cal em
pasta)........................................................................................................95
xv
Figura 4.11 Resultados do ensaio de compactação em função do teor de cal (amostra
Am-A). ....................................................................................................97
Figura 4.12 Resultados do ensaio de compactação em função do teor de cal (amostra
Am-B). ....................................................................................................98
Figura 4.13 Comparativo entre os resultados de massa específica aparente seca
máxima para as misturas estabilizadas (amostra Am-A).
...............................................................................................................99
Figura 4.14 Comparativo entre os resultados de umidade ótima para as misturas
estabilizadas (amostra Am-A). ..............................................................99
Figura 4.15 Evolução do ISC com o teor da cal para a amostra Am-A.
................................................................................................................101
Figura 4.16 Evolução do ISC com o teor da cal para a amostra Am-B.
................................................................................................................101
Figura 4.17 Comparativo entre os valores de ISC quanto ao tipo de energia de
compactação aplicada (amostra Am-A).................................................103
Figura 4.18 Ruptura dos corpos de prova submetidos ao ensaio de RCS.
................................................................................................................105
Figura 4.19 Formas de ruptura para as amostras submetidas ao ensaio de RCS (ASTM
D5102)...................................................................................................106
Figura 4.20 Evolução dos valores da RCS para as misturas de solo Am-A mais cal em
função do teor de estabilizante e do período de cura.
................................................................................................................108
Figura 4.21 Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-A.
mais 3% de cal (em pó e em pasta)........................................................111
xvi
Figura 4.22 Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-A
mais 5% de cal (em pó e em pasta).
................................................................................................................112
Figura 4.23 Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-A
mais 7% de cal (em pó e em pasta).
................................................................................................................112
Figura 4.24 Evolução dos valores da RCS para as misturas de solo Am-B mais cal em
função do teor de estabilizante e do período de cura.
................................................................................................................113
Figura 4.25 Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-B
mais 3% de cal (em pó e em pasta).
................................................................................................................115
Figura 4.26 Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-B
mais 5% de cal (em pó e em pasta)........................................................116
Figura 4.27 Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-B
mais 7% de cal (em pó e em pasta)........................................................116
Figura 4.28 Ensaios não convencionais: Am-A.........................................................119
Figura 4.29 Ensaios não convencionais: Am-B..........................................................119
Figura 4.30 Evolução dos valores da RTCD para as misturas de solo Am-A mais cal
em função do teor de estabilizante e do período de cura.
................................................................................................................123
Figura 4.31 Evolução dos valores da RTCD para as misturas de solo Am-B mais cal
em função do teor de estabilizante e do período de cura.
................................................................................................................124
Figura 4.32 Relação entre RTCD e RCS para as amostras de solo Am-A mais cal.
................................................................................................................126
xvii
Figura 4.33 Relação entre RTCD e RCS para as amostras de solo Am-B mais cal.
................................................................................................................127
Figura 4.34 Algoritmo executado no programa MatLab para geração de gráficos em
3D do comportamento resiliente das amostras naturais de solo e misturas
de solo-cal, analisadas neste trabalho....................................................134
Figura 4.35 Comportamento resiliente da amostra de solo natural Am-A (modelo
composto)...............................................................................................135
Figura 4.36 Comportamento resiliente da amostra de solo natural Am-A (classificação
do DNIT, 2006)......................................................................................136
Figura 4.37 Comportamento resiliente do solo Am-A e das misturas de solo Am-A
mais cal em pó, ensaiadas após a moldagem dos CPs.
................................................................................................................137
Figura 4.38 - Comportamento resiliente do solo Am-A e das misturas de solo Am-A
mais cal em pasta, ensaiadas após a moldagem dos CPs.
................................................................................................................137
Figura 4.39 - Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-A com cal em
pó após diferentes períodos de cura, impostas a adição de diferentes
teores de estabilizante............................................................................138
Figura 4.40 - Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-A com cal em
pasta após diferentes períodos de cura, impostas a adição de diferentes
teores de estabilizante............................................................................139
Figura 4.41 - Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-A com cal em
pó impostas a diferentes períodos de cura, para cada teor de cal
analisado................................................................................................141
Figura 4.42 Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-A com cal em
pasta impostas a diferentes períodos de cura, para cada teor de cal
analisado................................................................................................142
xviii
Figura 4.43 - Comportamento resiliente da amostra de solo natural Am-B (modelo
composto)...............................................................................................144
Figura 4.44 - Comportamento resiliente da amostra de solo natural Am-B (classificação
do DNIT, 2006)......................................................................................144
Figura 4.45 - Comportamento resiliente do solo Am-B e das misturas de solo Am-B
mais cal em pó, ensaiadas após a moldagem dos CPs...........................145
Figura 4.46 - Comportamento resiliente do solo Am-B e das misturas de solo Am-B
mais cal em pasta, ensaiadas após a moldagem dos CPs.
................................................................................................................145
Figura 4.47 Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-B com cal em
pó após diferentes períodos de cura, impostas a adição de diferentes
teores de estabilizante............................................................................146
Figura 4.48 Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-B com cal em
pasta após diferentes períodos de cura, impostas a adição de diferentes
teores de estabilizante............................................................................147
Figura 4.49 Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-B com cal em
pó impostas a diferentes períodos de cura, para cada teor de cal
analisado................................................................................................149
Figura 4.50 Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-B com cal em
pasta impostas a diferentes períodos de cura, para cada teor de cal
analisado................................................................................................150
Figura 4.51 Estrutura de pavimento analisada............................................................152
Figura 5.1 Proposta preliminar para investigação da compatibilidade da cal com o
solo.........................................................................................................166
xix
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Guia do tipo de estabilização mais efetiva..................................................11
Tabela 2.2 - ..........15
Tabela 2.3 - Exigências químicas e físicas para comercialização das cales hidratadas..19
Tabela 2.4 - Composição das cales brasileiras................................................................22
Tabela 2.5 - Classificação TRB.......................................................................................23
Tabela 2.6 - Produção de cal em alguns países do mundo..............................................37
Tabela 2.7 - Produção e destinação das cales da empresa Carbomil Química S/A.........38
Tabela 3.1 - Dados referentes aos municípios do agropólo do Baixo Jaguaribe.............49
Tabela 3.2 - Rodovias situadas na região do Agropólo do Baixo Jaguaribe com
prioridades para melhorias em sua malha viária......................................50
Tabela 3.3- Classificação pedológica e localização das amostras coletadas...................54
Tabela 3.4 - Composição Química da Cal Hidratada CHI..............................................56
Tabela 3.5 – Etapas do ensaio Triaxial dinâmico............................................................69
Tabela 3.6 – Tensões de condicionamento do corpo-de-prova para o ensaio de módulo
de resiliência...............................................................................................69
Tabela 3.7 - Tensões de carregamento aplicadas no ensaio de módulo de resiliência....70
Tabela 4.1 - Índice de grupo e caracterização do solo (TRB): Am-A.............................76
Tabela 4.2 Valores de ISC e expansão para a amostra de solo Am-A.........................77
xx
Tabela 4.3 Especificações do DNIT (2006).................................................................77
Tabela 4.4 - Índice de grupo e caracterização do solo (TRB): Am-B. ...........................78
Tabela 4.5 Valores de ISC e expansão para a amostra de solo Am-B. .......................79
Tabela 4.6 Análise química das amostras de solo Am-A e Am-B. .............................80
Tabela 4.7 - Valores de pH. ............................................................................................82
Tabela 4.8 - Valores de pH (método de EADES & GRIM, 1966). ................................84
Tabela 4.9 - Método de THOMPSON (1966) Rcs aos 28 dias (MPa e kNm²).
..................................................................................................................89
Tabela 4.10 Limites de Atterberg para as misturas de solo natural e solo-cal (Am-A).
..................................................................................................................91
Tabela 4.11 Limites de Atterberg para as misturas de solo natural e solo-cal (Am-B).
..................................................................................................................91
Tabela 4.12 - Resultados da compactação na energia intermediária (amostra Am-A).
..................................................................................................................93
Tabela 4.13 - Resultados da compactação na energia intermediária (amostra Am-B).
.................................................................................................................93
Tabela 4.14 Distribuição Granulometrica ANGELIM (2005).....................................96
Tabela 4.15 Ensaio de Compactação (energia intermediária) ANGELIM (2005).
..................................................................................................................97
Tabela 4.16- Resultados do ensaio de compactação na energia normal (amostra Am-A).
xxi
...............................................................................................................98
Tabela 4.17 Valores de ISC das amostras analisadas (energia intermediária).
................................................................................................................100
Tabela 4.18 Resultados de ISC obtidos por ANGELIM (2005). ...............................102
Tabela 4.19 Valores de ISC para a amostra Am-A (energia normal). .......................103
Tabela 4.20 Valores de expansão encontrados para as misturas de solo-cal. ............104
Tabela 4.21 Resistência à Compressão Simples (MPa): Am-A. ...............................107
Tabela 4.22 Resistência à Compressão Simples (MPa): Am-B. ...............................107
Tabela 4.23 Ensaios não convencionais: Am-A. .......................................................118
Tabela 4.24 Ensaios não convencionais: Am-B. .......................................................119
Tabela 4.25 Resistência à Tração por Compressão Diametral (MPa): Am-A. ..........121
Tabela 4.26 Resistência à Tração por Compressão Diametral (MPa): Am-B.
................................................................................................................122
Tabela 4.27 Resultados obtidos com a aplicação dos modelos resilientes clássicos para
a amostra de solo Am-A. ......................................................................129
Tabela 4.28 Resultados obtidos com a aplicação dos modelos resilientes clássico para
a amostra de solo Am-B. .......................................................................130
Tabela 4.29 - Resultados obtidos com a aplicação do modelo resiliente composto para a
amostra de solo Am-A. .........................................................................132
xxii
Tabela 4.30 - Resultados obtidos com a aplicação do modelo resiliente composto para a
amostra de solo Am-B. .........................................................................132
Tabela 4.31 Parâmetros físicos e mecânicos da estrutura de pavimento analisada.
................................................................................................................153
Tabela 4.32 Desvios padrões encontrados, no programa LabFit, para os parâmetros
k1, k2 e k3 apresentados na Tabela 4.13. .............................................154
Tabela 4.33 Resultados do dimensionamento mecanístico para a estrutura proposta.
................................................................................................................155
xxiii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AASHTO (American Association of State Highways and Transportation Officials)
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
ABPC (Associação Brasileira dos Produtores de Cal)
ASTM (American Society for Testing and Materials)
CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior)
CBR (California Bearing Ratio)
CNT (Confederação Nacional do Transporte)
COPPE (Instituto Alberto Luiz Coimbra de Coordenação de Pós-Graduação e Pesquisa
de Engenharia da UFRJ)
CP (Corpo de Prova)
CTC (Capacidade de Troca Catiônica)
DERT/CE (Departamento de Edificações, Rodovias e Transportes do Estado do Ceará)
DNER (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem)
DNIT (Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes)
HRB (Highway Research Board)
IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística)
ICMS (Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Prestação de Serviços)
IFG (International Focus Group on Rural Road Engineering)
IP (Índice de Plasticidade)
xxiv
IPECE (Instituto de Pesquisa e Estratégia Econômica do Estado do Ceará)
IPLANCE (Fundação Instituto de Planejamento do Ceará)
ISC (Índice de Suporte Califórnia)
LL (Limite de liquidez)
LMP (Laboratório de Mecânica dos Pavimentos)
LP (Limite de plasticidade)
ME (Método de Ensaio)
MR (Módulo de Resiliência)
NBR (Norma Brasileira)
NL (Não Líquido)
NP (Não Plástico)
NLA (National Lime Association)
NUSIP (Núcleo de Suporte à Infra-estrutura e Gestão de Perímetros Públicos Irrigados)
pH (Potencial Hidrogeniônico)
RCS (Resistência à Compressão Simples)
RTCD (Resistência à Tração por Compressão Diametral)
SEAGRI (Secretaria de Agricultura e Pecuária)
SBRT (Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas)
TRB (Transportation Research Board)
TSS (Tratamento Superficial Simples)
UFC (Universidade Federal do Ceará)
xxv
UFJF (Universidade Federal de Juiz de Fora)
LISTA DE SÍMBOLOS
A área da seção transversal correspondente dos corpos de prova submetidos aos
ensaios de resistência à compressão simples
Ao - Valores da área da seção transversal obtida após a moldagem dos corpos de prova
submetidos aos ensaios de resistência à compressão simples
CaO Óxido de Cálcio
Ca(OH)2 - Cal cálcica virgem
CaCO3 + MgCO3 - Carbonato de cálcio e magnésio
CaO + MgO - Cal dolomítica
Ca(OH)2 + MgO - Cal dolomítica mono-hidratada
Ca(OH)2 + Mg(OH)2 - Cal dolomítica di-hidratada
e íons trocáveis
pH - Diferença entra o pH em KCl e o pH em água
Dadm - Deflexão máxima admissível na superfície
K constante;
k1, k2, k3, k4 - Coeficientes das equações de módulo resiliente
M cátion de valência m
N cátion de valência n
Np - Número N para o período de projeto
xxvi
o íons presentes na água dos poros;
P Força axial aplicada ao corpo de prova (kN)
R² - Coeficientes de correlação
S - Soma dos cátions trocáveis
Tr - Atividade das argilas
p - Deformação permanente ou plástica
r - Deformação resiliente
- Invariante de tensões
- Resistência à compressão simples (kPa);
1 - Tensão principal maior
3 - Tensão principal menor ou tensão de confinamento
d - Tensão desvio atuante
v adm - Tensão vertical admissível no subleito
1
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS
O Brasil possui uma das maiores malhas rodoviárias do mundo, contudo, apenas
uma pequena porcentagem desta é pavimentada (cerca de 10%). De acordo com a
última pesquisa realizada pela Confederação Nacional do Transporte CNT (2007) que
avaliou 87.572 Km de rodovias em todo país, abrangendo 100% da malha rodoviária
federal e os principais trechos sob gestão estadual e sob concessão, 54,5% da malha
rodoviária pesquisada apresenta-se com o pavimento em estado regular, ruim ou
péssimo, totalizando 47.777 km. Esses dados mostram que grande parte das rodovias
brasileiras encontra-se ainda em uma situação de elevado grau de deficiência.
A pesquisa mostrou também que o estado do Ceará, especificamente, apresenta
apenas 17,4% (533 km) de sua malha rodoviária considerada como boa ou ótima. Esse
fato é alarmante e afeta diretamente toda sociedade local uma vez que estas rodovias
servem de acesso aos serviços básicos de educação, saúde e lazer.
A grande maioria das rodovias do estado do Ceará é composta por estradas de
baixo volume de tráfego, que representam o principal meio de escoamento de
passageiros e de produtos agrícolas oriundos do campo. Uma região do estado que é
afetada diretamente por essa realidade e que apresenta uma carência grande de rodovias
adequadas ao transporte diário de pessoas e de produtos é a do agropólo do Baixo
Jaguaribe.
Esse agropólo localiza-se na região leste do estado Ceará, na divisa com o
oceano atlântico e o estado do Rio Grande do Norte, como apresentado na Figura 1.1.
2
Figura 1.1: Mapa do estado Ceará contendo o agropólo do Baixo Jaguaribe na época da
implantação deste (adaptado de IPECE, 2007).
RABÊLO (2006) afirma que o agropólo do Baixo Jaguaribe é o maior do estado
do Ceará, compreendendo uma área de 63.000 hectares, aproximadamente 37% de toda
área irrigada do estado. Este autor menciona que a demanda total de pavimentação de
rodovias vicinais nessa região é de aproximadamente 234,77 km. Grande parte dos
produtos agrícolas ali produzidos é transportada utilizando-se rodovias vicinais não
pavimentadas que estão em péssimas condições de tráfego.
Os defeitos dessas rodovias acabam comprometendo os padrões de qualidade
dos produtos exigidos pelo mercado estrangeiro. Além disso, a racionalização do uso
dos materiais locais em pavimentação pode melhorar a qualidade de rolamento das
rodovias, resultando em soluções mais econômicas do que as convencionais, que
certamente favorecerão o crescimento e desenvolvimento dessa região. Contudo, os
solos naturais que apresentam características tais que permitam o seu uso na construção
de bases e sub-bases rodoviárias, estabilizadas granulometricamente sem mistura e que
atendam às especificações vigentes, encontram-se cada vez mais escassos.
Essa realidade acaba encarecendo os custos de construção de uma rodovia, uma
Baixo
Jaguaribe
Rio
Grande
do Norte
Oceano Atlântico
CEARÁ
3
vez que, na falta de solos adequados na região, procura-se utilizar outro material (com
características satisfatórias para o uso em camadas nobres do pavimento) que se
encontra, muitas vezes, distante da obra. Uma alternativa para minimizar esses altos
custos é tentar estabilizar os solos locais através de uma estabilização mecânica ou com
uso de aditivos químicos, como cimento, cal, betume, sais minerais e materiais a base
de enzimas.
A cal é um dos produtos estabilizantes, dentre vários existentes, mais usados até
hoje, sendo utilizada desde os primórdios da nossa civilização. A inserção da cal a um
material natural pode resultar na melhoria de algumas das propriedades dos solos de
interesse à pavimentação, tais como: aumento de resistência mecânica, redução da
plasticidade e da expansão, redução da susceptibilidade à água, etc.
O uso da técnica de solo-cal vem sendo investigada, no estado do Ceará, desde o
ano de 2000. LOIOLA e NOBRE JÚNIOR (2001) relataram em seu trabalho a primeira
experiência utilizando mistura solo-cal para estabilização de sub-base e base no estado.
Um trecho de 1 km foi construído em caráter experimental a partir da utilização desta
técnica.
Valem destacar, também, os trabalhos de BARROSO e SANTOS (2006) e mais
recentemente o de LOIOLA e BARROSO (2007) que mostraram os resultados do
estudo realizado em laboratório e o processo construtivo de uma rodovia de 40 km de
extensão (rodovia do melão) empregando a técnica de solo-cal.
Com o objetivo de tentar viabilizar economicamente os investimentos em obras
de pavimentação de rodovias de baixo volume de tráfego no Estado do Ceará,
realizou-se o estudo da técnica de solo-cal para dois solos que ocorrem na Região do
Baixo Jaguaribe/CE, analisando-se diferentes processos de mistura do estabilizante ao
solo: cal em pó e cal em pasta.
1.2. PROBLEMA E RELEVÂNCIA DO TEMA
Tendo em vista a extensa malha de rodovias não pavimentadas do Estado do
Ceará e os altos custos de sua manutenção, há necessidade de investigação de técnicas
alternativas de pavimentação que permitam a ampliação da rede rodoviária como, por
exemplo, a técnica de solo-cal.
4
A melhor compreensão dos fatores que influenciam no processo de estabilização
das misturas solo-cal, bem como a introdução de ensaios não convencionais (módulo de
resiliência, resistência à tração por compressão diametral, etc) pode contribuir para que
essa técnica seja melhor implementada nas rodovias do estado do Ceará.
1.3. OBJETIVOS
O objetivo geral do presente trabalho é avaliar a viabilidade técnica da inserção
da cal, em pó e em pasta, na melhoria das propriedades mecânicas dos solos, visando o
emprego em camadas nobres de rodovias de baixo volume de tráfego no Agropólo do
Baixo Jaguaribe. A seguir, estão listados alguns objetivos específicos que foram
almejados com o intuito de se atingir o geral:
a) realizar uma revisão bibliográfica sobre a estabilização de solos
aplicadas à pavimentação;
b) entender como variam as propriedades tecnológicas dos solos analisados
em função da técnica e do teor da cal empregada para estabilização;
c) verificar às modificações ocorridas nas misturas estabilizadas em função
dos diferentes períodos de cura analisados;
d) verificar a influência das energias de compactação, normal e
intermediária, nos resultados de alguns dos ensaios laboratoriais
realizados para as misturas de solo estabilizados com a cal, e;
e) verificar a influência da estabilização com a cal na resistência mecânica
das misturas ensaiadas;
1.4. O MÉTODO
Para alcançar os objetivos desse trabalho foram desenvolvidas as seguintes
etapas metodológicas:
a) realização de uma revisão bibliográfica sobre estabilização de solos com
o uso da cal;
5
b) identificação da área de estudo e das classes pedológicas dos solos
encontradas na região do Agropólo do Baixo Jaguaribe;
c) escolha e coleta das amostras de solos a serem estudadas, baseando-se
nas características dos materiais e na prioridade de demanda para
melhoria da pavimentação local do agropólo estudado;
d) realização dos ensaios de caracterização geotécnica e química das
amostras dos solos selecionados;
e) escolha e caracterização da cal;
f) determinação das técnicas de aplicação do estabilizante a serem
investigadas;
g) realização dos ensaios de dosagens para as misturas estabilizadas,
visando a identificação do teor ótimo de cada mistura;
h) realização dos ensaios de resistência mecânica com os solos selecionados
e com as misturas de solo-cal;
i) análise e discussão dos resultados obtidos nos ensaios laboratoriais, e;
j) formulação de propostas técnicas, diante dos resultados obtidos, e de
sugestões inerentes ao tema discutido neste trabalho.
1.5. ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO
A presente dissertação está dividida em cinco capítulos, sendo o capítulo 1
correspondente à introdução do trabalho. Neste capítulo são expostas a importância e
relevância do tema proposto, assim como os objetivos almejados pela pesquisa.
No capítulo 2 é apresentada uma revisão bibliográfica sobre os mecanismos de
estabilização de solos com a cal, o processo de fabricação industrial deste aditivo e o
histórico da utilização desse estabilizante em camadas de pavimentos, bem como o
processo construtivo dessas camadas.
6
No capítulo 3 são descritos os materiais e métodos utilizados na pesquisa assim
como as informações gerais sobre o agropólo do Baixo Jaguaribe, região originária dos
solos analisados neste trabalho.
No capítulo 4 são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios
laboratoriais realizados para as misturas de solo natural e de solo estabilizado pela cal.
Neste capítulo, apresenta-se também, um dimensionamento mecanístico de estrutura de
um pavimento executado com base em solo-cal.
No capítulo 5 são apresentados os principais resultados obtidos após a realização
dos ensaios laboratoriais, as conclusões do trabalho e as sugestões para pesquisas
futuras relacionadas ao assunto abordado nesta dissertação.
7
CAPÍTULO 2
ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS APLICADA À
PAVIMENTAÇÃO
2.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Um dos problemas enfrentados pelos engenheiros rodoviários, atualmente, é o
da escassez de materiais adequados para o uso em camadas de base e sub-base de
pavimentos, ou seja, que apresentem características tais que atendam às especificações
em vigor.
Dessa forma, surge como alternativa para solucionar este problema a utilização
de solos finos locais. Porém, muitos destes solos não são aceitos pelas especificações
tradicionais, sendo necessária a utilização de técnicas de estabilização que confiram a
eles as características necessárias ao projeto de pavimentação.
Uma das técnicas mais antigas utilizadas pelo homem para obtenção da
estabilização ou melhoria de solos instáveis é a da adição da cal (GUIMARÃES, 2002).
A adição da cal a um material natural pode resultar na melhoria de algumas das
propriedades dos solos de interesse à pavimentação, possibilitando uma alternativa a
mais para a construção de rodovias.
Este capítulo apresenta uma revisão bibliográfica sobre o uso da técnica de
solo-cal e de suas potencialidades, quando empregados em camadas de pavimentos
rodoviários. Inicialmente, foram expostas a conceituação e a finalidade do processo de
estabilização de um solo, relatando a sua importância e mostrando os diversos tipos
existentes. Na seqüência, apresentou-se a conceituação das misturas de solo-cal e
algumas de suas peculiaridades, relatando os mecanismos envolvidos em seu processo
de estabilização. Por fim, foi discutida a metodologia construtiva de camadas
estabilizadas quimicamente pela cal, dando-se ênfase ao processo de aplicação da forma
diluída e ao emprego desta em camadas de pavimentos.
8
2.2. ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS - CONCEITUAÇÃO
O solo natural apresenta-se como um material complexo e variável, de acordo
com sua localização. No entanto, devido à sua ocorrência universal e ao seu baixo custo
torna-se um material bastante utilizado em obras de engenharia (NÚÑEZ, 1991).
Na área da pavimentação rodoviária, especificamente, a racionalização do uso
dos materiais locais pode melhorar a qualidade de rolamento das rodovias, resultando
em soluções mais econômicas do que as convencionais. Contudo, nem sempre é
possível encontrar solos naturais que atendam às exigências das especificações vigentes.
Nestas situações, algumas decisões podem ser tomadas em relação à solução mais
indicada para cada caso, e possivelmente irá contemplar uma das seguintes hipóteses
(FERRAZ, 1994):
a) aceitar o material local e adaptar o projeto às restrições impostas por ele;
b) descartar o material, removendo-o de seu local de origem e
substituindo-o por outro de qualidade superior, ou;
c) aceitar o material local e alterar suas propriedades, de modo a torná-lo
capaz de responder às necessidades das tarefas previstas.
A última hipótese, , é, segundo NÚÑEZ (1991),
normalmente designada por estabilização de solos. Essa definição apresenta-se de
maneira simples e objetiva. Porém, alguns autores, como BAPTISTA (1976),
apresentam a conceituação do processo de estabilização de um material de uma maneira
um pouco mais detalhada.
Para BAPTISTA (1976) estabilizar um solo é, de um modo geral, utilizar um
processo qualquer de natureza física, físico-química ou mecânica, de maneira a tornar
esse solo estável para os limites de sua utilização, fazendo com que esta estabilidade
permaneça sob ações de cargas exteriores e ações climáticas variáveis. O autor
complementa sua definição comentando que o processo de estabilização de um solo
envolve propriedades de resistência do solo e da suplementação necessária desta
resistência para um determinado uso, em termos mecânicos, físicos, físico-químicos e
químicos.
9
Analisando-se as definições apresentadas, anteriormente, por NÚÑEZ (1991) e
BAPTISTA (1976), percebe-se que o conceito apresentado por ambos é o mesmo,
sofrendo apenas algumas alterações na organização das idéias e, no caso específico da
definição feita pelo segundo autor, o ganho de alguns incrementos que tornam a
conceituação do mesmo um pouco mais ampla.
Baseado nas definições apresentadas conclui-se, então, que estabilizar um solo é,
portanto, melhorar as propriedades mecânicas do mesmo de modo a torná-lo apto a
resistir às ações oriundas do tráfego e às intempéries decorrentes das variações
climáticas apresentadas na região, a fim de atender as especificações contidas no
projeto.
2.3. TIPOS DE ESTABILIZAÇÃO
De acordo com GUIMARÃES (2002), a estabilização de solos pode ser obtida
por várias técnicas, que são reunidas em dois grandes grupos:
a) as que empregam meios mecânicos: correção da granulometria e da
plasticidade através da incorporação ou retirada de determinadas
quantidades de frações constituintes do solo, até a obtenção de
parâmetros estabelecidos por normas;
b) as que empregam meios químicos: utilização de aditivos orgânicos ou
inorgânicos, como a cal, o cimento Portland, silicatos de sódio, materiais
betuminosos, resinas, compostos de fósforo e outros.
2.3.1. Estabilização Mecânica
LITTLE (1995) relata que freqüentemente os solos utilizados em obras de
pavimentação requerem uma estabilidade mecânica adicional, a fim de propiciar a estes
uma maior durabilidade ou a alteração de seus volumes potenciais.
De acordo com GONDIM (2008), são considerados métodos de estabilização
mecânica os procedimentos que alteram apenas o arranjo das partículas do solo ou a
granulometria deste. A autora menciona, ainda, que dentre os métodos existentes se
sobressaem à compactação e a estabilização granulométrica.
10
2.3.1.1. Compactação
De acordo com LITTLE (1995), a compactação é a forma de estabilização mais
utilizada, sendo responsável pela melhoria da estabilidade mecânica de praticamente
todo tipo de solo. Entretanto, o mesmo faz uma ressalva, afirmando que em muitas
ocasiões a compactação sozinha não é suficiente, principalmente quando o solo a ser
tratado é coesivo ou apresenta uma granulometria fina.
Problemas, como o citado anteriormente por LITTLE (1995), são responsáveis
pela busca constante de novas alternativas tecnológicas que possam suprir as limitações
de solos utilizados em obras de engenharia. Esse fato faz com que o número de métodos
utilizados na estabilização desses materiais aumente consideravelmente a cada dia.
2.3.1.2. Estabilização Granulométrica
Segundo VILLIBOR (1982), a estabilização granulométrica consiste na
combinação e manipulação de solos, em proporção adequada, de maneira a se obter um
produto de estabilidade maior que os solos de origem e, adequado para aplicação em
cada caso particular. Esse autor menciona que alguns fatores, tais como a natureza das
partículas dos solos, influenciam diretamente no comportamento das composições
granulométricas dos materiais.
O princípio da estabilização granulométrica consiste no emprego de um material
ou na mistura de dois ou mais materiais que se enquadrem dentro de uma determinada
especificação, de tal forma que resulte em uma mistura na qual a resistência seja
garantida pelo contado entre os grãos das partículas maiores e os vazios sejam
preenchidos pelos grãos das partículas mais finas, de maneira a propiciar uma menor
permeabilidade e uma maior densidade (GONDIM, 2008).
2.3.2. Estabilização Química
Atualmente, a inserção de aditivos químicos em solos considerados não aptos à
pavimentação vem sendo bastante estudada no Brasil e em muitos outros países. O
International Focus Group on Rural Road Engineering IFG (2005) relata que o
processo de estabilização química envolve a adição de um agente estabilizante ao solo
11
fazendo com que este atinja uma umidade ótima adequada, uma compactação eficiente e
uma cura final que assegure a obtenção de uma resistência potencial satisfatória.
O IFG (2005) destaca ainda o uso da cal e do cimento na melhoria de solos
naturais instáveis, a fim de possibilitar o uso destes em camadas de base e sub-base de
pavimentos rodoviários. Este grupo apresenta um critério de escolha, entre os dois
estabilizantes, baseado na plasticidade e no tamanho das partículas distribuídas no
material a ser tratado, como mostrado na Tabela 2.1.
Tabela 2.1: Guia do tipo de estabilização mais efetiva.
TIPO DE
ESTABILIZAÇÃO
PROPRIEDADES DO SOLO
Mais que 25% passando na
Peneira de 0,075 mm
Menos que 25% passando na
Peneira de 0,075 mm
IP
0
10 < IP < 20
IP
20
IP
6
LP
60
6 < IP
10
IP > 10
Cimento
Sim
Sim
*
Sim
Sim
Sim
Cal
*
Sim
Sim
Não
*
Sim
Fonte: IFG/2005
Outro método de estabilização química de solos conhecido no âmbito rodoviário
é o que emprega materiais betuminosos. De acordo com SENÇO (2001) este processo
de estabilização ocorre ao se adicionar um material betuminoso a um solo, ou misturas
de solos, a fim de melhorar as propriedades destes. Valem destacar alguns trabalhos
recentes, a respeito deste assunto, como o de MICELI (2006) e o de GONDIM (2008).
Esses autores avaliaram a viabilidade técnica da estabilização betuminosa para o
emprego de solos instáveis em camadas de pavimentos rodoviários. Para isso,
verificaram o efeito da variação do teor de emulsão e do período de cura no
comportamento mecânico dos materiais analisados.
Ressalta-se que a escolha pela cal, pelo cimento ou outro material como agente
estabilizante de um determinado solo, não envolve apenas as características da amostra
a ser tratada. Dessa forma, dados como os fornecidos pela Tabela 2.1 não são os únicos
levados em conta na escolha do melhor material estabilizante.
GUIMARÃES (2002) comenta que a opção por um ou outro método de
estabilização seja ela mecânica ou com a inserção de aditivos químicos, como a cal e o
cimento, é influenciada por uma série de fatores, entre os quais destacam-se: os
econômicos, a própria finalidade da obra, as características dos materiais e as
12
propriedades do solo que devem ser corrigidas. Além disso, o autor relata que os solos
das regiões tropicais úmidas, particularmente, recebem tratamentos deficientes sobre
seus problemas devido às significativas diferenças entre suas propriedades e
comportamento, exigindo um número maior de estudos e pesquisas para se chegar aos
procedimentos mais apropriados.
2.4. ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM CAL
2.4.1. Conceituação
AZEVEDO et. al. (1998) definem a mistura de solo-cal como sendo uma
mistura íntima de solo, cal e água em proporções determinadas através de ensaios
laboratoriais. Segundo os autores a aplicação dessa técnica é fundamentada em reações
químicas e físico-químicas que ocorrem entre a cal e os constituintes do solo,
principalmente com a fração argila.
O uso da cal, de acordo com SANTOS (2004), é recomendado para melhoria de
solos argilosos ou muito siltosos, que apresentem em geral plasticidade e expansão
elevadas, além de baixa capacidade de suporte. Segundo LITTLE (1999), o tratamento
desses solos com a cal pode ser classificado de duas maneiras:
a) solo modificado pela cal: é um processo que ocorre entre os grãos finos
do solo e a cal e que apresenta, para solos argilosos de moderada a alta
plasticidade, melhorias substanciais como: redução da plasticidade,
redução na susceptibilidade à água e melhorias na estabilidade e
trabalhabilidade do solo. De acordo com o autor, esse processo ocorre
inicialmente devido a troca de cátions de cálcio fornecidos pela cal
(Ca(OH)2 ou cal hidratada) por cátions presentes no solo, normalmente
adsorvidos na superfície do argilo mineral, e desenvolve-se em um
ambiente com um pH elevado, promovido pelo sistema cal-água.
b) solo estabilizado pela cal: o processo de estabilização difere do processo
de modificação devido ao ganho significativo de resistência, obtido com
o passar do tempo, que ocorre em função do desenvolvimento, a longo
prazo, da reação pozolânica. De acordo com LITTLE (1999), essa reação
13
é representada pela formação de silicatos de cálcio hidratados e
aluminatos de cálcio hidratados, produzidos a partir das reações entre o
cálcio da cal e os aluminatos e silicatos solubilizados na superfície do
argilo mineral. A reação pozolânica pode ser iniciada rapidamente,
sendo responsável por alguns dos efeitos do processo de modificação.
Contudo, de acordo com AZEVEDO et. al. (1998), esta reação pode se
estender por muitos anos desde que, como relata LITTLE (1999), esteja
presente na mistura uma quantidade suficiente da cal para sua ocorrência
e que o pH remanescente permaneça elevado. LITTLE (1999), comenta
ainda, que o sucesso da reação pozolânica está diretamente relacionado
com a reatividade do solo tratado e com o desenvolvimento de um bom
projeto para a mistura, podendo, quando obedecido esses parâmetros,
apresentar resultados mais eficazes à amostra estabilizada, ou seja,
melhorar substancialmente a capacidade de suporte desta. Estes
resultados podem compreender: o aumento dos valores do módulo de
resiliência (de um fator de 10 ou mais), melhorias na resistência ao
cisalhamento (de um fator de 20 ou mais), ganhos contínuos de
resistência e durabilidade, mesmo sobre os efeitos da variação climática
ou danos por carregamento (LITTLE, 1995).
DIAS (2004) comenta que o processo de modificação precisa de um teor baixo
da cal adicionado ao solo, sendo suficiente apenas para desenvolver as reações
imediatas ou da fase rápida, sem desenvolver as reações lentas (cimentantes) ou
pozolânicas. Já em relação ao processo de estabilização o autor relata que o teor da cal
adicionado é tal, que propicia a ocorrência das reações da fase rápida e da fase lenta.
Conforme AZEVEDO et. al. (1998) este processo é utilizado quando a necessidade de
melhorias de um solo é basicamente estrutural.
2.4.2. Breve Histórico
A cal é um dos mais antigos materiais utilizados pelo homem na engenharia. No
âmbito rodoviário, tem-se notícia que este estabilizante vem sendo utilizado desde a
época dos romanos, há mais de 2000 mil anos. HENRRIN e MITCHELL (1968)
14
relatam que os romanos também foram os primeiros a empregar um material pozolânico
(pozolana), que adicionado à cal acelerava o processo de estabilização de solos.
Segundo GUIMARÃES (2002), no ano de 312 a.c., os romanos, grandes peritos
marcante na história da civilização e uma das pioneiras no uso da técnica de
estabilização de solos com a adição da cal. De acordo com o autor, a estrada Via Ápia
foi construída pelo censor romano Appius Cláudius e tinha o objetivo de ligar a porta de
Roma a Brindisi, numa extensão de 584 km, a fim de transportar provisões, tropas e
armamentos da costa Mediterrânea à costa Adriática.
A figura 2.1 apresenta uma vista da estrada Via Ápia e mostra, claramente, a
superfície de rolamento rudimentar na qual esta foi construída.
Figura 2.1: Via Ápia (GUIMARÃES, 2002)
GUIMARÃES (2002) relata ainda que, atualmente, grande parte da Via Ápia foi
recoberta por pavimentos modernos, sobre alegação de que sua superfície original era
tão grosseira que os veículos atuais só trafegavam com velocidades próximas a 16 km/h.
No entanto, este autor afirma que a estrada ainda apresenta alguns trechos em condições
de tráfego, mesmo após 2300 anos de utilização, e comenta que o uso da cal na
construção desta contribui para sua extraordinária durabilidade.
A Tabela 2.2 apresenta as características das 4 camadas que compunham o perfil
da estrada Via Ápia.
15
Tabela 2.2:
Camada
1
Básica (inferior), composta por pedras chatas do tipo laje, de 20 a 60 cm, sobreposta ao
subleito compactado.
Camada
2
De cascalho, composta de pequenas pedras misturadas com cal hidratada, tendo 22,5 cm
de espessura.
Camada
3
Central, com aproximadamente 30 cm de espessura, composta de cascalho de pequena
granulometria, areia grossa e cal. Guimarães (2002) comenta que certamente essa
composição é que passou a ser conhecida como concreto romano.
Camada
4
Acima dessa camada de argamassa, ainda fresca, foi colocada a camada superior ou
camada de rolamento (de calcedônia de origem vulcânica), com cerca de 15 cm de
espessura.
Após vários anos, desde a época da civilização romana, muitas técnicas
aplicadas pela engenharia evoluíram, procurando sempre a obtenção de resultados mais
eficazes e econômicos. Observou-se, ao longo do tempo, o crescimento do uso da cal
para várias finalidades, implicando no aumento constante de fabricação deste material e,
conseqüentemente, fazendo com que as técnicas rudimentares evoluíssem para técnicas
sofisticadas, embora não mudassem a essência do seu modo de obtenção.
Segundo LIMA (1984), a utilização da cal em grande escala deu-se apenas no
início do século XX, nos Estados Unidos da América (EUA), no ano de 1924, e na
antiga União Soviética (URSS), em 1926. No entanto, a história da construção de
rodovias modernas indica pouco uso da cal até depois da II Guerra Mundial.
HENRRIN e MITCHELL (1968) fazem menção a alguns relatos de Mc Dowell
(considerado por muitos pesquisadores como sendo o pai das misturas de solo
estabilizado com a cal) que afirmam a criação de campos experimentais com misturas
de solo-cal antes do ano de 1945, em diversos estados dos Estados Unidos da América.
Nestes experimentos não foi levado em conta o controle, a compactação e a cura dessas
misturas, tendo a maioria deles, apresentado resultados desapontadores.
Contudo, estes mesmos relatos contam que de posse dos dados obtidos em uma
experiência fracassada no estado do Texas e quando da construção de estradas, nas
proximidades do referido estado, sob especificações mais rígidas, o comportamento das
misturas solo-cal apresentaram resultados bastante satisfatórios. A melhora foi tanta que
os trechos realizados apresentaram um desempenho excelente sob a ação do tráfego
médio por um período de 14 anos.
16
Após um começo tardio à estabilização de solos com a adição da cal foi se
espalhando lentamente nos Estados Unidos e, aos poucos, foi sendo usada em maior
quantidade por maior número de estados, de ano para ano (HENRRIN e MITCHELL,
1968). Contudo, vale ressaltar, a partir de relatos de Lima (1984), que a evolução
técnico-científica do uso da cal se deve muito as inúmeras pesquisas laboratoriais e de
campo, em algumas pistas experimentais, desenvolvidas pelo Texas Highway
Department e que, a partir de então, através de pesquisas posteriores, inúmeras
literaturas técnicas foram publicadas sendo subseqüentemente organizadas em
bibliografias comentadas.
No Brasil vários trabalhos foram desenvolvidos com a utilização da técnica
solo-cal e muitos apresentaram resultados bastante satisfatórios. Algumas obras
importantes realizadas com a utilização desse método nas últimas décadas e que
obtiveram sucesso foram (GUIMARÃES, 1971 apud LOVATO, 2004):
a) Aeroporto de Congonhas (em São Paulo): base de solo-cal construída na
área (1000 m²) de hangares da antiga Varig (1000m²). O solo utilizado
nesta obra foi classificado de acordo com a HRB como um A-7-5
(argiloso) e possuía um IP (Índice de Plasticidade) igual a 12. Após a
estabilização com um teor de 6% da cal, o solo apresentou uma
resistência à compressão simples igual a 1,5 MPa aos 28 dias.
b) Rodovia Brasília Fortaleza próximo ao município de Sobradinho/DF:
foram executados dois trechos de 150 m. Neste trecho foram realizadas
camadas de base com 1 e 3% de cal e de sub-base em solo laterítico. Os
solos utilizados nesta obra apresentavam LL = 41% e IP = 11%.
c) Avenida Sernabetiba (Rio de Janeiro, Guanabara): foram executados 18
km de trecho com camadas de base de solo-cal com 3% e 4% de
estabilizante.
Já no estado do Ceará, especificamente, segundo relatos de LOIOLA e NOBRE
JÚNIOR (2001), a primeira experiência utilizando mistura de solo-cal em camada de
base e sub-base foi executada pelo Departamento de Edificações Rodoviárias e
Transporte do Estado (DERT-CE), no ano 2000. Esse segmento possui a extensão de 1
17
km e faz parte do trecho de 8,72 km que liga o município de Limoeiro do Norte ao
distrito de Flores, situado no município de Russas (região do Médio Jaguaribe). O
trecho foi executado na época a partir do uso de uma técnica de mistura no local com o
espalhamento manual de sacos da cal.
A Figura 2.2 mostra uma vista do segmento experimental Limoeiro do Norte
Flores, na época de sua execução.
Figura 2.2: Trecho Limoeiro do Norte/Flores (Arquivo pessoal do Eng. Paulo Roberto
Reis Loiola).
O segmento experimental Flores foi construído em duas
seções, cada uma usando um tipo específico de solo que foram classificados, na época,
segundo a HRB. Na primeira seção foi utilizado um solo argiloso do tipo A-7-6 e
executada uma camada de sub-base de solo-cal e outra de base com solo estabilizado
granulometricamente. Já na segunda seção, foi utilizado um solo areno siltoso do tipo
A-4 e executada uma camada de base de solo-cal sobre a terraplanagem.
LOIOLA e NOBRE JÚNIOR (2001) afirmam ainda que, em uma análise
realizada após um ano de sua construção, o segmento do trecho de Limoeiro do Norte
Flores apresentou um comportamento excelente sob a ação de um tráfego de 851
veículos/dia, leves e pesados, superando em muito a demanda de 50 veículos/dia
estimada à época da construção da rodovia.
O DERT-CE, no ano de 2001, motivado pela experiência bem sucedida da
aplicação de misturas de solo-cal no trecho citado anteriormente utilizou novamente
essa técnica para implantar um trecho de 40 km da rodovia CE-377 (LOIOLA e
BARROSO, 2007). Essa pista atravessou a Chapada do Apodi, ligando os municípios
de Quixeré (CE) e Baraúnas (RN), e ficou conhecida localmente como rodovia do
Melão. A execução da camada de base nessa rodovia ocorreu com utilização da cal, em
um teor de 5% em relação ao peso de solo. A distribuição da cal foi feita através da
18
utilização de uma motoniveladora que possibilitou a uniformidade devida na camada
através de um acompanhamento monitorado. O espalhamento da cal foi realizado
através de um processo de homogeneização, utilizando-se uma recicladora, com um
caminhão pipa acoplado, que manteve a mistura na umidade definida em projeto.
As Figuras 2.3 e 2.4 ilustram a rodovia na época de sua construção e após um
período de funcionamento de 6 anos:
Figura 2.3: Trecho da rodovia do Melão
em execução (LOYOLA e BARROSO,
2007).
Figura 2.4: Rodovia do Melão após 6
anos de funcionamento (LOYOLA e
BARROSO, 2007).
2.4.3. Componentes das Misturas Solo-Cal
NÔBREGA e GUIMARÃES (1981) relatam que os resultados obtidos com a
aplicação da técnica solo-cal estão estritamente relacionados com as propriedades da cal
empregada e do solo a ser estabilizado. No entanto, segundo AZEVEDO et. al. (1998),
as reações entre a cal e o solo ocorrem somente na presença de umidade, ou seja, de
água. Dessa forma, pode-se afirmar que as misturas de solo-cal possuem três
componentes básicos: a cal, o solo e a água.
2.4.3.1. A Cal
De acordo com LOVATO (2004), a cal é um aglomerante resultante do processo
de calcinação de rochas carbonatadas constituídas predominantemente por carbonato de
cálcio e/ou carbonato de cálcio e magnésio. O resultado da calcinação são,
respectivamente, os óxidos de cálcio (CaO) e cálcio-magnésio (CaO-MgO),
denominados genericamente por cal virgem ou cal área ou cal viva (GUIMARÃES,
2002).
Segundo OLIVEIRA (2001), na calcinação do calcário natural o carbonato de
cálcio é decomposto em óxidos de cálcio (CaO) e anidridos carbônicos (CO2) após ser
19
submetido a uma temperatura aproximada de 900ºC. A cal virgem fornecida por este
processo é bastante utilizada na estabilização de solos instáveis, sendo empregada
quando o solo é muito úmido (umidade além do ponto ótimo), servindo para secá-lo
(GUIMARÃES, 2002). Contudo, conforme AZEVEDO et. al. (1998), a aplicação dessa
cal exige muitos cuidados com a segurança dos trabalhadores e, dessa forma, em alguns
países, como o Brasil e os Estados Unidos, o seu uso vem sendo substituído
gradativamente pela cal hidratada que oferece maior segurança aos seus operadores.
A cal hidratada é resultante da hidratação dos óxidos de cálcio e/ou
cálcio-magnésio e é obtida na forma de pó seco, com 17% a 19% de água combinada
(GUIMARÃES, 2002). Esta cal é classificada, de acordo com a norma NBR 7175
(2003) da Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT, em função de sua
composição química, como: CH I, CH II e CH III. AZEVEDO et. al. (1998) comentam
que a diferença principal entre esses tipos de cales encontra-se nos teores de cálcio
(maiores, tanto mais próxima a cal do CH I) e nos teores de carbonatos (menores, tanto
mais próxima a cal do CH I).
De acordo com GUIMARÃES (2002) as cales na forma hidratada utilizada na
estabilização ou melhoria dos solos no Brasil deve obedecer, no mínimo, às exigências
da norma NBR-7175 (Cal hidratada para argamassas). A Tabela 2.3, mostra algumas
das exigências contidas nessa norma.
Tabela 2.3: Exigências químicas e físicas para comercialização das cales hidratadas.
EXIGÊNCIAS QUÍMICAS
LIMITES
COMPOSTOS
CH-I
CH-II
CH-III
ANIDRIDO
CARBÔNICO (CO2)
Na fábrica
5 %
5 %
13 %
No depósito
7 %
7 %
15 %
ÓXIDOS DE CÁLCIO E MAGNÉSIO NÃO HIDRATADO
CALCULADO (CaO + MgO)
10 %
15 %
15 %
ÓXIDOS TOTAIS NA BASE DE NÃO-VOLÁTEIS (CaOt + MgOt)²
90 %
88 %
88 %
EXIGÊNCIAS FÍSICAS
LIMITES
COMPOSTOS
CH-I
CH-II
CH-III
FINURA
(% retida acumulada)
Peneira 0,600 mm
0,5%
0,5%
0,5 %
Peneira 0,075 mm
10 %
15 %
15 %
RETENÇÃO DE ÁGUA
75 %
75 %
70 %
INCORPORAÇÃO DE AREIA
3,0
2,5
2,2
ESTABILIDADE
Ausência de cavidades ou
protuberâncias
PLASTICIDADE
110
110
110
Fonte: NBR 7175/ 2003.
20
Já com relação a sua fabricação, a cal pode ser obtida, através da calcinação de
rochas carbonatadas, tanto em fornos rudimentares (de pequena produção) como em
fornos de alta tecnologia e de produção volumosa (GUIMARÃES, 2002).
A Figura 2.5 apresenta um fluxograma básico da fabricação da cal, desde a
mineração até o mercado consumidor. GUIMARÃES (2002) afirma que neste
fluxograma algumas operações, ou até mesmo etapas, podem ser suprimidas, mas que
os fundamentos estão presentes em todos os esquemas.
ESQUEMA DE INDUSTRIALIZAÇÃO DA CAL
MERCADO
PÓ-CALCÁRIO
MOAGEM
SILO
ENSACADEIRA
PULVERIZAÇÃO
CALOR
MERCADO
ENSACADEIRA
MERCADOMERCADO
CONTAINERS
A GRANEL
MERCADO
MINÉRIO
BITOLADO
CLASSIFICAÇÃO
CLASSIFICAÇÃO
MOAGEM
CLASSIFICAÇÃO
HIDRATADOR
A GRANEL
SILO
BITOLADA
CAL VIRGEM
FINOS
CAL HIDRATADA
ÁGUA
FINOS
SILOS
SILOS
SILOS
INSPEÇÃO
RESFRIAMENTO
DE CALCINAÇÃO
FORNO
MERCADO
SECUNDÁRIA
BRITAGEM
CLASSIFICAÇÃO
BRITAGEM
PRIMÁRIA
TRANSPORTE
SELEÇÃO
DETONAÇÃO
PERFURAÇÃO
REMOÇÃO DO
ESTERIL
MINERAÇÃO
FINOS
REJEITO
FÁBRICA DE TIJOLOS
SOLO-CAL
FINOS
BOTA-FORA
Figura 2.5: Fluxograma de fabricação e industrialização da cal (GUIMARÃES, 2002).
21
Com relação às reações de formação da cal, virgem e hidratada, LOVATO
(2004) afirma que estas podem ser representadas pelas equações 2.1 e 2.2.
CaCO3 + calor CaO + CO2 (2.1)
CaO + H22 + calor (2.2)
O óxido de cálcio (CaO) obtido na equação 2.1 é conhecido por cal cálcica
virgem e o Ca(OH)2 obtido na equação 2.2 como cal cálcica hidratada.
Contudo, de acordo com o HERRIN e MITCHELL (1968), algumas vezes a
pedra calcárea dolomítica, rocha carbonatada contendo carbonato de magnásia
(CaCO3 + MgCO3), é queimada para obter-se cal produzindo a chamada cal dolomítica
(CaO + MgO). A hidratação desta cal geram produtos conhecidos por cal dolomítica
mono-hidratada (Ca(OH)2 + MgO) ou a cal dolomítica di-hidratada
(Ca(OH)2 + Mg(OH)2.
Segundo GUIMARÃES (2002) as reservas medidas de calcários e dolomitos no
Brasil, referentes ao ano de 1990, distribuem-se por 23 estados e o Distrito Federal,
como apresentado na Figura 2.6.
Figura 2.6: Reservas de Calcários e Dolomitos no Brasil em milhões de toneladas,
referentes ao ano de 1990 (GUIMARÃES, 2002).
22
De acordo com a Figura 2.6, os maiores produtores de calcários e dolomitos
encontram-se na região Sudeste São Paulo, Minas Gerais e Paraná. GUIMARÃES
(2002) comenta que esse fato ocorre porque nesses locais foram instalados os maiores
centros consumidores da cal do país.
GUIMARÃES (2002) menciona ainda que as cales comercializadas no mercado
brasileiro apresentam propriedades com seus valores médios enquadrando-se nos
intervalos mostrados na Tabela 2.4.
Tabela 2.4: Composição das cales brasileiras.
TIPO DE
CAL
CaO
(%)
MgO
(%)
Insolúvel
no HCl
(%)
Fe2O3
+
Al2O3
(%)
Perda ao
fogo (%)
CO2
(%)
SO3
(%)
CaO
+
MgO
(Base de
não volátil)
(%)
MgO
(Não
hidratado)
(%)
Cal Cálcica
Virgem
90
A
98
0,1
A
0,8
0,5
A
3,5
0,2
A
1,0
0,5
A
5,0
0,2
A
3,8
0,1
A
0,6
96,0
A
98,5
-
Cal
Hidratada
Cálcica
70
A
74
0,1
A
1,4
0,5
A
2,5
0,2
A
0,8
23
A
27
1,5
A
3,5
0,1
A
0,0
0,5
A
1,8
Cal
Hidratada
Dolomítica
ou
Magnesiana
39
A
61
15
A
30
0,5
A
18,2
0,2
A
1,5
19
A
27
3,0
A
6,0
0,0
2 A
0,2
0
76,0
A
99,0
5
A
25
Cal Virgem
Dolomítica
ou
Magnesiana
51
A
61
30
A
37
0,5
A
4,5
0,2
A
1,0
0,5
A
4,8
0,5
A
4,5
0,0
5 A
0,1
0
-
Fonte: GUIMARÃES/2002
2.4.3.2. O Solo
Já com relação ao solo, outro componente das misturas de solo-cal,
GUIMARÃES (2002) o conceitua como sendo um produto da alteração por
intemperismo das rochas superficiais da crosta. De acordo com esse autor, este
elemento possui três fases: sólida (minerais e orgânicos), líquida (água que preenche os
espaços entre as partículas) e gasosa (que ocupa os espaços não preenchidos pela água).
Os solos recebem designações diversas, conforme a ciência que o estuda. Na
área de pavimentação especificamente uma classificação geotécnica bastante utilizada
em todo o mundo é a da Highway Research Board (HRB AASHO), atualmente
23
conhecida por Transportation Research Board (TRB-AASHO). De acordo com essa
classificação os solos podem ser classificados como apresentado na Tabela 2.5.
Tabela 2.5: Classificação TRB.
Classificação
Geral
SOLOS GRANULARES ( P200 < 35 % )
SOLOS SILTO-ARGILOSOS
(P200 > 35% )
Grupos
A-1
A-3
A-2
A-4
A-5
A-6
A-7
Subgrupos
A-1-a
A-1-b
A-2-4
A-2-5
A-2-6
A-2-7
A-7-5
A-7-6
P10
< 50
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
P40
< 30
< 50
> 50
-
-
-
-
-
-
-
-
P200
< 15
< 25
< 10
< 35
<35
< 35
< 35
> 35
> 35
> 35
> 35
LL
-
-
-
< 40
> 40
< 40
> 40
< 40
> 40
< 40
> 40
IP
< 6
< 6
NP
< 10
< 10
> 10
> 10
< 10
< 10
> 10
> 10
Índice de
grupo (IG)
0
0
0
0
0
< 4
< 4
< 8
< 12
< 16
< 20
Tipos de
material
Fragmentos de
pedra,
pedregulho e
areia
areia
fina
Pedregulhos e areias
siltosas ou argilosas
Solos
siltosos
Solos argilosos
Classificação
como
subleito
Excelente a bom
Regular a mau
Fonte: site da Universidade Federal de Juíz de Fora UFJF (2007).
De acordo com AZEVEDO et. al. (1998) os solos classificados como A5, A6 e
A7, e muitos dos solos A-2-6 e A-2-7 são geralmente susceptíveis à estabilização com a
cal. Os autores comentam que quando o argilo-mineral componente da fração fina de
solo é a caulinita, a reação com a cal se processa de uma forma lenta, principalmente se
a fração argilosa for constituída predominantemente por óxidos e hidróxidos de ferro.
Esse fato pode ocorrer devido o íon
Ca
ter uma enorme dificuldade de substituir o
ferro (
Fe
), que não fica disponível em meio básico. Nesse caso específico a reação
pode até mesmo se anular.
AZEVEDO et. al. (1998) afirmam ainda que se ocorrer o contrário, ou seja, se
estiverem presentes na fração fina os minerais aluminosos (óxidos e hidróxidos de
alumínio) a reatividade com a cal é bastante grande. Vale ressaltar, porém, que este fato
não ocorre pela facilidade da reação, mas sim pela possibilidade da ocorrência desta em
função do aumento do pH que possibilita a dissolução da Alumina e da Sílica da fração
24
argilosa do solo e a formação de
OHOAlCaO
232
...
após a adição da cal. Isso faz
com que o processo de estabilização, nestes casos, ocorra de maneira bastante
satisfatória.
Já em relação à água AZEVEDO et. al. (1998) relatam que na superfície destas
existem íons de hidrogênio livres, que acabam por polarizar as partículas do solo,
gerando uma atração entre elas. E quando da adição de cal ao solo, ocorre a aglutinação
de íons de cálcio na superfície da partícula de solo em substituição aos íons de
hidrogênio ali localizados, o que leva a um aumento nestas forças de atração entre estas
partículas, levando a uma maior coesão do solo.
2.4.4. Reações Solo-Cal
De acordo com MALLELA, QUINTUS e SMITH (2004) a cal é um
estabilizante usado extensivamente em solos de granulometria fina (argilosos), a fim de
melhorar as propriedades destes que interessam à engenharia. Os autores comentam que
a fração argilosa de tais solos possui uma superfície carregada negativamente e que, esta
superfície, atrai os cátions livres e as moléculas de água (dipolar). Como resultado, uma
camada de água, altamente difundida, como mostrada na Figura 2.7, forma-se ao longo
das partículas de argila e, conseqüentemente, separam as partículas do argilo-mineral,
tornando-o instável e aguado.
Figura 2.7: Formação de uma camada de água difundida ao redor da partícula de argila
(LITTLE, 1995).
25
Na Figura 2.7, observam-se os íons cátions e as moléculas de água (dipolar)
sendo atraídas pela carga negativa da superfície da argila, de modo a satisfazer a
, os íons cátions e as moléculas de água são
adsorvidos. Na situação uma camada de cátions difundida, devido sua atividade
termal e a infusão de água, desloca-se até a superfície da argila por causa da elevada
concentração eletrolítica na superfície desta (LITTLE, 1995).
Segundo MALLELA, QUINTUS e SMITH (2004) o grau de ocorrência desse
fato depende, diretamente, da quantidade de água presente e da morfologia e
mineralogia da argila. Os autores comentam ainda que para melhorar as características
de materiais com esse tipo de problema, ou seja, materiais instáveis, uma solução é a da
inserção da cal.
A adição de cal a um solo provoca mudanças em várias de suas propriedades,
verificando-se, geralmente, um aumento na sua resistência, uma redução de sua
plasticidade e uma melhoria em sua trabalhabilidade (CARVALHO, 1988).
Segundo LITTLE (1995), duas fases ocorrem no processo de estabilização das
misturas de solo-cal. A primeira envolve praticamente as reações imediatas de troca de
cátions e floculação (aglomeração), que se desenvolvem logo após a adição da cal ao
solo e podem se estender de minutos a dias. A segunda envolve as reações pozolânicas,
que são responsáveis pelo aumento contínuo da resistência mecânica das misturas de
solo-cal. Estas últimas reações, conforme AZEVEDO et. al. (1998), podem levar meses
ou até anos para serem concluídas.
A reação de troca de cátions, de acordo com CARVALHO (1988), ocorre com o
cálcio da cal substituindo o cátion trocável (ex: K, Mg, H) na superfície da fração argila.
Segundo LITTLE (1995) esse fato é possível devido a divalência dos cátions de cálcio,
normalmente, substituírem os cátions de valência unitária presentes na superfície do
argilo-mineral, uma vez que os íons com maior concentração (valência) substituem
aqueles com menor concentração.
LITTLE (1995) afirma que, assumindo-se concentrações iguais, a ordem de
adsorção preferencial dos cátions comuns associados com o solo é dada pela série
seguinte: Li
< Na
< H
< K
< NH
4
<< Mg
2
< Ca
2
<< Al
3
<
3
Fe
. Nesta série
26
o cátion da direita substitui o cátion da esquerda. Dessa forma, em concentrações iguais,
o íon Ca
2
pode facilmente substituir os cátions, comumente, encontradas na maioria
das argilas, com exceção do Al
3
e do
3
Fe
. O mecanismo das reações de troca de
cátions é mostrado na Figura 2.8.
Figura 2.8: Reação de troca de cátions (PRUSINSKI e BHATTACHARJA, 1999).
De acordo com LITTLE (1995) a espessura da camada de água intersticial é
maior, dependendo do tipo e da concentração de cátions disponíveis na água de poro. O
autor comenta que cátions divalentes (cátion com uma carga +2, como exemplo o Ca
2
e
o Mg
2
) podem equilibrar de maneira bem mais eficaz o potencial de carga negativa
quando comparado com o cátion monovalente (cátions com uma carga +1). Portanto, o
resultado cátion divalente mais camada de água difundida, ao redor das partículas de
argila, é muito menor que o resultado do cátion monovalente mais camada de água, ao
redor das partículas de mineralogia idêntica.
LITTLE (1995) relata ainda uma equação, desenvolvida por YONG e
WARKENTIN (1966), que explica que a relação entre os íons de cátions adsorvidos na
superfície de argila não é função apenas da concentração de cátions, mas também da
valência. A equação (conhecida por equação Gapon) é bem simples e pode ser
representada pela fórmula 2.3.
n
n
o
m
m
o
n
e
m
e
N
M
K
N
M
(2.3)
27
Onde:
M cátion de valência m;
N cátion de valência n;
e íons trocáveis;
o íons presentes na água dos poros;
K constante.
A constante K, segundo LITTLE (1995) depende dos efeitos específicos da
adsorção de cátions na superfície da argila. Conforme o autor, baseado na equação de
Gapon, em concentrações iguais de íons Ca
2
e Na
na solução de água, resultará em
17,5 vezes mais íons Ca
2
presentes na superfície da argila do que íons Na
. O duplo
efeito da divalência dos íons de cálcio e sua elevada concentração podem ser obtidos
quando a cal é adicionada ao sistema solo-água.
A troca de cátion devido à adição da cal resulta na estabilização da camada de
água intersticial e em uma redução considerável no tamanho desta (LITTLE, 1995). O
autor comenta que quando as partículas de argila aproximam-se mais umas das outras,
devido a redução da camada de água dos poros, ocorre a floculação e a atração borda à
face (Figura 2.9). Esse fenômeno (floculação) é causado pela concentração eletrolítica
da água intersticial, pelo alto pH e pela redução na espessura de água, através de trocas
catiônicas (LITTLE, 1995).
Figura 2.9: Mudança textural ocorrida devido ao fenômeno da troca de cátions seguido
pela floculação e aglomeração (LITTLE, 1995).
Na Figura 2.9, pode--se a perda de resistência do
solo argiloso, onde as partículas estão separadas por uma larga camada de água. Em
28
adição da cal (cálcio) a camada de água é reduzida e ocorre a atração face
à borda (aglomeração) das partículas e sua floculação.
LITTLE (1995) comenta também que as reações mencionadas anteriormente (de
troca de cátions, aglomeração e floculação) são responsáveis pelo processo de
modificação das misturas de solo-cal, descrito no subitem 2.3.1 desse capítulo. O
processo de modificação, de acordo com GUIMARÃES (2002), possibilita uma ação
imediata, que promove após alguns instantes (minutos) de contato, mudanças nas
propriedades físicas do solo, como:
a) alteração na granulometria, em função da floculação ou agregação das
partículas originais;
b) alteração dos limites de Atterberg, cuja alteração mais notável se
relaciona ao limite de plasticidade, que normalmente decresce;
c) normalmente alteração na compactação, de maneira que para uma mesma
energia ocorre uma diminuição do valor da densidade máxima seca e
aumento do valor da umidade ótima, quando comparados ao solo natural;
d) redução da expansão e contração, ou seja, menor variação volumétrica, e;
e) pequeno ganho de resistência, ou seja, pequeno aumento da capacidade
de suporte.
Contudo, quando considerado o ganho de resistência a longo prazo, que é um
fenômeno bem mais complexo e bastante influenciado pelas condições e mineralogia do
solo, percebe-se que a reação responsável pelo desenvolvimento de uma matriz
cimentante ao redor das partículas de solo e pelo processo de estabilização do mesmo,
que ocorrem devido as reações entre a cal, a água, a sílica e a alumina, é denominada de
pozolânica (LITTLE, 1995).
Em outras palavras, a reação pozolânica ocorre quando a cal reage com a sílica
e/ou a alumina do solo para formarem gel de cálcio silicato ou de cálcio aluminato
hidratados (CARVALHO, 1988). De acordo com CARVALHO (1990), as reações
29
pozolânicas para solos lateríticos e cal hidratada podem ser representadas, de forma
resumida, pelas expressões de 2.4 a 2.7.
)(2)(
2
OHCaOHCa
(2.4)
OHSiOCaOSiOOHCa
2222
..)(
(2.5)
OHOAlCaOOAlOHCa
232322
..)(
(2.6)
322322323222
....)( OFeOHOAlSiOCaOOFeOAlSiOOHCa
(2.7)
GUIMARÃES (2002) comenta que a reação pozolânica está fundamentada no
caráter pozolânico dos materiais estabilizados. O autor relata ainda uma definição,
apresentada por NÓBREGA (1981), sobre um material de característica pozolânica,
afirmando que este quando em combinação com a cal e em presença de água, sob
condições de temperatura ambiente, produz compostos hidratados estáveis com
propriedades ligantes.
Os solos, conforme relatos de GUIMARÃES (2002), apesar de não se
constituírem em pozolanas propriamente ditas, podem apresentar uma fração argila com
caráter pozolânico mais ou menos acentuado, dependendo de sua natureza mineralógica
e textural. De acordo com o autor, quando a cal é adicionada ao solo, seu pH, em geral
4,5 à 6,5, eleva-se para 11-12, criando-se condições alcalinas nas quais os minerais da
fração argila, e até o próprio quartzo, podem reagir com a cal. Assim são formados
aluminatos, silicatos e aluminatos de cálcio hidratados, em números bastante
significativos, todos com influência no processo de estabilização pelas suas
características cimentosas.
LOVATO (2004) apresenta relatos de INGLES e METCALF (1972) que
afirmam que os géis de silicato resultantes da reação pozolânica imediatamente cobrem
e ligam as partículas de argila, bloqueando os vazios e, que os géis são cristalizados
lentamente e transformados em silicatos hidratados de cálcio bem definidos. Os relatos
dos autores salientam ainda, que esta reação só ocorre na presença de água, que tem a
30
função de carregar os íons cálcio e hidroxila para a superfície de argila. A Figura 2.10
apresenta o mecanismo de estabilização das misturas de solo-cal.
Figura 2.10: Mecanismo de estabilização das misturas de solo-cal (INGLES e
METCALF, 1972).
CARVALHO (1988) comenta que os fatores mais importantes para o sucesso da
reação pozolânica são as fontes de sílica, alumina e ferro. O autor destaca os
argilo-minerais como a fonte principal de sílica e alumina e menciona que em solos
lateríticos, os componetes livres de sílica, alumina e ferro participam ativamente no
processo de estabilização.
Devido ao processo de estabilização de um solo ser relativamente complexo,
outros fatores podem influenciar negativamente ou positivamente. CARVALHO (1988)
cita como exemplo a presença de matéria orgânica e afirma que esta não favorece a
interação solo-cal. Este autor comenta, ainda, que a participação do ferro na reação entre
a cal e o solo é de difícil interpretação, uma vez que existem evidências na literatura, de
que o ferro pode ser ou não fator positivo na reação solo laterítico-cal.
31
De acordo com CARVALHO (1988), a diferença de comportamento do ferro
está diretamente ligada à sua forma de ocorrência nos solos lateríticos. Segundo ele, se
o ferro ocorre como partículas discretas o mesmo não deve interferir negativamente na
reação. No entanto, se o ferro ocorre como partículas encobrindo as superfícies do
argilo-mineral ou como agente cimentante, este deve ser um fator negativo para reação
solo-cal. É sabido, porém, que o cátion
Fe
também pode causar a formação de
eflorescência na superfície das partículas de solo, em função da lixiviação dos sais (e
uma posterior cristalização), dificultando, dessa forma, a Capacidade de Troca
Catiônica do material.
Outra reação que pode ocorrer durante a estabilização de um solo com a adição
da cal é a carbonatação. De acordo com GUIMARÃES (2002), esta reação apresenta
origem diferente das anteriores. Contudo, também tem características de ação imediata e
é de alta importância para a ocorrência ou não dos objetivos da estabilização.
De acordo com CARVALHO (1988) a reação de carbonatação ocorre quando o
dióxido de carbono da atmosfera reage com a cal para formar carbonatos de cálcio ou de
magnésio, dependendo do tipo da cal utilizada (calcitica ou dolomítica). O autor afirma
que este carbonato é um composto cimentante muito fraco e deletérico para o resultado
final em termos de resistência.
SANTOS (2004) comenta que a reação de carbonatação, que ocorre entre o gás
carbônico do ar e as minúsculas bolhas gasosas absorvidas pela mistura (refazendo o
carbonato primitivo (
3
CaCO
)) é indesejável e que esta resulta em uma expansão do
volume do solo.
Porém, CARVALHO (1988) friza que nem sempre todas as reações descritas
anteriormente ocorrem. E cita o exemplo em que o cátion trocável do solo é o cálcio,
situação esta que inibirá ou reduzirá a ocorrência da reação de troca de cátions. Esse
fato pode ocorrer devido o cátion presente na cal também ser o cálcio.
CARVALHO (1988) cita, ainda, o caso da reação de carbonatação, que pode ser
impedida á medida que alguns cuidados são tomados, como a impermeabilização da
superfície de contato da mistura com o ar.
32
2.4.5. Fatores que Influenciam no Processo de Estabilização Solo-Cal
De acordo com SANTOS (2004), o processo de estabilização solo-cal é
influenciado, diretamente, pelo tempo de cura ao qual a mistura é submetida, pela
temperatura em que esta sofre durante a cura, pela natureza do solo a ser tratado e pela
natureza da cal utilizada. Além da temperatura, conforme GUIMARÃES (2002), outros
fatores ambientais interferem nos resultados obtidos nas reações entre o solo e a cal,
como por exemplo: o anidrido carbônico presente no ar, a presença de águas
superficiais e/ou subterrâneas no local, os índices pluviométricos da região e os esforços
mecânicos produzidos na obra.
Segundo GUIMARÃES (2002), a técnica solo-cal baseia-se na inter-reação entre
os elementos constituintes do solo, a cal e os componentes presentes no
meio-ambiente, de maneira que a interdependência entre eles é traduzida através das
reações químicas, físicas e físico-químicas que ocorrem durante todo o processo de
estabilização do solo. A Figura 2.11 apresenta o esquema dessa interdependência.
Figura 2.11: Esquema de fatores que influenciam as reações solo-cal (GUIMARÃES,
2002).
33
GUIMARÃES (2002) comenta, ainda, que a cal, seja ela virgem ou hidratada,
influi no processo de estabilização de um solo em função do valor de seus teores de
óxidos de cálcio e de magnésio. Segundo NÔBREGA (1981), os íons desses elementos,
presentes nas cales, são responsáveis pela modificação no comportamento dos
argilo-minerais presentes no solo. Contudo, a autora afirma que cada solo reage de
forma particular para cada tipo de cal aplicada e que a escolha e aplicação desta não
pode ser aleatória.
Ainda com relação a cal, SANTOS (2004) afirma que, de maneira geral, a
resistência de um solo tratado com este estabilizante aumenta a medida que se adiciona
uma porcentagem maior deste, havendo um crescimento além de determinado teor do
aditivo. Este aumento está intimamente ligado ao tempo de cura ao qual a mistura foi
submetida e a temperatura apresentada durante esse processo. A autora comenta que
dos materiais envolvidos na mistura solo-cal, a natureza do solo é a que mais interessa,
uma vez que a cal é facilmente selecionada e controlada.
Para MALLELA, QUINTUS e SMITH (2004), o solo possui diversas
propriedades e características que influenciam a sua reatividade com a cal. Dentre elas,
podem ser citadas: o pH do solo, a mineralogia da fração argila, a presença de
carbonatos e/ou sulfatos, a relação sílica/alumínio, a relação sílica/sesquióxidos, o grau
de intemperismo, o teor de matéria orgânica, a drenagem natural, a presença excessiva
de sódio permutável e o ferro extraível.
De acordo com NÔBREGA (1981), um solo após ser misturado com a cal sofre
alteração em suas propriedades físico-químicas expressa pela elevação do pH,
significando um ataque agressivo aos constituintes do solo que são estáveis nas
condições de pH normais. Segundo a autora, a partir de um valor de pH 9 o silício e o
alumínio, presentes no solo, se solubilizam levando a destruição do argilo-mineral.
Contudo, ela comenta que, quando da estabilização com a cal, além do ataque e
solubilização do silício e do alumínio, há a possibilidade de recombinação destes com o
cálcio e formação de silicatos, aluminatos ou alumínio-silicatos de cálcio, que têm
propriedades cimentantes.
NÔBREGA (1981) afirma ainda que a predominância de neoformação de um
determinado produto, da reação entre o solo e a cal, é condicionada pela natureza
34
mineralógica do solo, ou seja, pela ocorrência maior de silício ou alumínio. Segundo
CARVALHO (1988) esta ocorrência está intimamente ligada com a atividade
pozolânica de um solo laterítico. O autor comenta ainda que o parâmetro de reatividade
à cal em um solo aumenta a medida que a porcentagem de sílica cresce e que a de
alumina decresce, considerando ambas no estado amorfo.
Para GUIMARÃES (2002) cada solo possui as suas peculiaridades, e
dependendo destas, a mistura com a cal será bem sucedida ou não. O autor apresenta
uma classificação pedológica das camadas de solos, conforme apresentada
anteriormente na Figura 2.11, e classifica estas da seguinte maneira, em função de seus
materiais constituintes:
a) camada A: constituída por materiais orgânicos ou caracterizada por ser
lavada;
b) camada B: constituída por sais que emigram de outras camadas;
c) camada C: constituída por rocha levemente alterada;
d) camada D: constituída por rocha fresca.
Segundo o autor, as camadas representadas pela letra B e C, normalmente
correspondentes aos materiais A6 e A7 da classificação do TRB, ou seja, aos solos
argilosos, são as que intervêm no processo de estabilização. O autor comenta que nessas
camadas localizam-se principalmente os óxidos e hidróxidos, particularmente os de
ferro e de alumínio. Estes óxidos e hidróxidos interferem diretamente nas reações das
misturas de solo-cal, dependendo do mineral argílico ao qual o solo é constituído.
De acordo com LOVATO (2004) a presença de matéria orgânica influência o
processo de estabilização, retardando as reações, e produzindo pequenos ganhos de
resistência. Alguns autores afirmam que em solos com teor de matéria orgânica maior
que 1% não há resposta à estabilização.
Com relação a presença de sulfatos no solo, LOVATO (2004) afirma que este
fato pode prejudicar as reações solo-cal. O autor comenta ainda que o grau de
deterioração relacionados aos sulfatos depende de diversos fatores, e não apenas do teor
35
de sulfato solúvel, devendo ser levados em consideração também a disponibilidade de
outros íons, o pH, o grau de carbonatação, o teor de umidade e a temperatura.
A NATIONAL LIME ASSOCIATION DOS ESTADOS UNIDOS NLA
(2000) afirma que o efeito deletério do sulfato pode ser reduzido e comenta que uma
solução para isto, seria forçar o início destas reações antes da compactação, adotando-se
um tempo de espera de pelo menos 24 horas até 7 dias (dependendo do teor de sulfato).
A NLA (2000) relata ainda a definição dos teores de sulfatos que definem seu
risco quando um solo é estabilizado pela cal, relatos estes citados posteriormente por
LOVATO (2004). De acordo com a NLA (2000) os teores estabelecidos de sulfatos que
definem seu risco de estabilização de solo com a cal são:
a) níveis de sulfato de pouco risco: < 0,3 %;
b) níveis de sulfato de moderado risco: > 0,3 % e < 0,5 %;
c) níveis de sulfato de risco moderado à alto: > 0,5 % e < 0,8 %;
d) níveis de sulfato de elevado risco: > 0,8 %;
e) níveis de sulfato inaceitáveis: > 1 %.
De forma geral, percebe-se que a estabilização de um solo pela cal depende de
vários fatores, que variam desde as propriedades do solo a ser tratado até as condições
ambientais encontradas no meio. Contudo, deve ser observado à priori, o
custo/benefício da utilização da cal como estabilizante e os recursos, tanto financeiro
quanto de equipamentos, disponíveis para a execução da infra-estrutura rodoviária em
questão.
2.4.6. Produção da Cal no Brasil e em Outros Países
Em relação à produção de cal no Brasil, à Associação Brasileira dos Produtores
de Cal ABPC (2007), através de dados fornecidos pelos seus associados, apresenta
como valor da produção geral anual, referente ao ano de 2006, um número aproximado
de 7.057 mil toneladas, o que mantém o país na disputa da 5ª posição entre os países
produtores. Contudo, quando considerado apenas o mercado livre, ou seja, aquele em
36
que a cal é comercializada por terceiros, a produção é de, aproximadamente, 5.9
milhões de toneladas. Segundo a ABPC (2007) essa diferença deve-se aos setores de
consumo que suprem suas necessidades com produção própria e que são representantes
do mercado denominado de cativo.
A Figura 2.12 mostra a distribuição do volume total produzido entre empresas
associadas à ABPC, empresas não associadas e o chamado mercado cativo. Já a Figura
2.13 mostra apenas a produção no mercado livre, eliminando-se do total geral à
produção cativa.
Figura 2.12: Produção Geral (ABPC,
2007).
Figura 2.13: Mercado livre (ABPC,
2007).
A ABPC (2007) relata ainda que a cal, na sua forma virgem ou hidratada, possui
inúmeras aplicações, tanto na construção civil como na área industrial. Além disso,
afirma que no ano de 2006 o faturamento anual deste setor (considerando apenas as
empresas associadas a ABPC) foi de R$ 1 bilhão, gerando cerca de 5000 mil empregos
diretos e, aproximadamente, R$ 120 milhões de ICMS (imposto sobre circulação de
mercadorias e prestação de serviços). A Figura 2.14 expõe a produção anual (3.577 mil
toneladas) no mercado livre, referente ao ano de 2006, dessas formas de cal, e especifica
a porcentagem fabricada para cada uma. Já a Figura 2.15 mostra as áreas de consumo
destes materiais, referentes também ao ano de 2006.
37
Figura 2.14: Produção no mercado livre de cal, na forma virgem ou hidratada,
referentes ao ano de 2006 (ABPC, 2007).
Figura 2.15: Áreas de consumo da cal no Brasil referentes ao ano de 2006
(ABPC, 2007).
Com relação à produção e destinação da cal em outros países, GUIMARÃES
(2002) apresenta dados referentes ao ano de 1990 (Tabela 2.6) dos setores de consumo e
da fabricação em 1000 toneladas na França, Alemanha, Japão, África do Sul e Estados
Unidos. Estes países de acordo com o autor estão entre os maiores produtores e
consumidores de cal no mundo.
Tabela 2.6: Produção da cal em alguns países do mundo.
SETORES DE CONSUMO
PAÍSES (em 1000 ton)
FRANÇA
ALEMANHA
JAPÃO
AF. DO SUL
EUA
ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
364
140
537
12
845
CONSTRUÇÃO CIVIL
79
584
64
160
499
AGRICULTURA
261
161
375
-
20
SIDERÚRGICA
976
1850
8034
802
5002
MEIO AMBIENTE
383
772
3752
26
4180
CONSUMO TOTAL
2063
3507
12762
1000
10546
Fonte: GUIMARÃES/2002.
38
Entretanto, GUIMARÃES (2002) faz uma ressalva sobre os dados da Tabela 2.6
e comenta que não estão incluídas as produções da China e das Repúblicas que
integravam a antiga União Soviética - URSS. O autor relata que a China produziu mais
de 17 milhões de toneladas nesse mesmo ano, enquanto a URSS, maior produtora
mundial, produziu mais de 28 milhões de toneladas de cal.
2.4.7. Produção da Cal no Estado do Ceará
Com relação ao estado do Ceará, especificamente, vale ressaltar a produção da
cal da empresa Carbomil Química S/A (cujo escritório está situado no município de
Fortaleza), responsável pelo fornecimento desse material em praticamente todo o estado
e cedente das cales utilizadas nesta pesquisa. Essa empresa produz não só para atender
as necessidades locais, como importa e exporta boa parte de seus produtos.
A fábrica da Carbomil Química S/A está situada na fazenda Baixa Grande, a
aproximadamente 20 Km do município de Limoeiro do norte, no estado do Ceará. Esta
empresa fornece ao mercado três formas de cales distintas: o carbonato de
cálcio
)(
3
CaCO
, o óxido de cálcio ou cal virgem
)(CaO
e o hidróxido de cálcio ou cal
hidratada
2
)(OHCa
. A produção mensal desses produtos e sua destinação são
apresentadas, conforme informações obtidas com o Eng. Químico Crisanto Prado
Santiago (gerente de assistência ao cliente da Carbomil) em visita à empresa em Agosto
de 2007, na Tabela 2.7.
Tabela 2.7: Produção e destinação das cales da empresa Carbomil Química S/A.
PRODUTOS
DESTINAÇÃO
PRODUÇÃO MENSAL
APROXIMADA (em toneladas)
Carbonato de cálcio
)(
3
CaCO
Fabricação de tubos PVC, cola,
móveis e plásticos de um modo
geral.
6.000
Óxido de cálcio
)(CaO
Indústrias químicas e químico-
siderúrgicas.
12.000
Hidróxido de cálcio
2
)(OHCa
Construção civil, usina de
açúcar, tratamento de água e
higienização.
2.500 3.000
Fonte: Própria
Além da Carbomil Química, o grupo Carbomil apresenta outras 4 unidades: a
Itamil mineração situada em Fortaleza-CE, a Itamil mineração situada em Cachoeiro de
Itapemirim-ES, a Libra situada no município de Banabuiú-CE (rodovia CE 113, km 40),
39
e a CalBras. De acordo com o Eng. Químico Crisanto Prado Santiago, da Carbomil
Química, a Itamil de Fortaleza e a Cachoeira destinam seus produtos apenas para serem
utilizados como matéria-prima na fabricação de tintas. Já a Libra destina seus produtos
à fabricação de ligas de ferro de silício.
Com relação ao processo construtivo das cales da empresa Carbomil Química
S/A, a Figura 2.16 apresenta um fluxograma simplificado desde a mineração desses
materiais até a sua distribuição ao mercado consumidor, como mostrado anteriormente
no fluxograma da Figura 2.5.
Figura 2.16: Processo de fabricação industrial das cales da Carbomil Química S/A
(Fonte: Própria).
A Carbomil Química S/A está no mercado desde 1960 e atualmente apresenta
um quadro de funcionários superior a 400, além de possibilitar a terceirização de muitos
outros serviços realizados diariamente na empresa. A fábrica desta empresa, situada no
município de Limoeiro do Norte-CE, apresenta uma grande infra-estrutura e apresenta
um esquema de produção bastante mecanizado, como mostra a Figura 2.17.
40
Figura 2.17: Fábrica da carbomil Química S/A em Limoeiro do Norte-CE (Fonte:
Própria).
2.4.8. Processo Construtivo de Misturas Estabilizadas pela Cal
De acordo com o IFG INTERNATIONAL FOCUS GROUP ON RURAL
ROAD ENGINEERING (2005), a construção de camadas estabilizadas pela cal obedece
às seguintes etapas construtivas:
1. regularização da superfície da camada a ser estabilizada;
2. distribuição da cal sobre a superfície da camada;
3. mistura da cal ao longo da camada;
4. umedecimento;
5. compactação do material e cura.
Os efeitos de cada operação (etapa) no projeto e no desempenho do pavimento
são discutidos a seguir:
Inicialmente, na etapa de regularização da superfície, deve-se realizar a
escarificação e pulverização da camada a ser estabilizada a fim de se obter a sua perfeita
regularização. Feito isso, deve-se proceder novamente a escarificação da camada ao
FORNOS DE
CALCINAÇÃO
LENHA PARA GERAÇÃO
DE CALOR
SILOS PARA
ARMAZENAMENTO DE
CaO, QUE SERÁ
POSTERIORMENTE
TRANSFORMADO EM
Ca(OH)2
41
longo de toda a faixa a ser estabilizada, em uma profundidade pré-determinada (Figura
2.18). É desejável que sejam removidos alguns materiais danosos, que possuam um
tamanho superior a 3 polegadas, tais como: tocos, raízes, turfas, e agregados
(NATIONAL LIME ASSOCIATION, 2004).
Figura 2.18: Escarificação (NLA, 2004).
Na etapa seguinte, a distribuição da cal é feita pelo condicionamento de sacos
em intervalos pré-determinados (Figura 2.19), indicados por estudos preliminares do
projeto (IFG, 2005). No entanto, a National Lime Association (2004) comenta que a cal
também pode ser distribuída a granel, por meio de caminhões ou traillers adaptados com
um espalhador mecânico (Figura 2.20) ou pneumático (Figura 2.21), que distribuem a
pasta de cal uniformemente ao longo de toda a área superficial da camada a ser
estabilizada.
Figura 2.19: Posicionamento de sacos de
cal (IFG, 2005).
Figura 2.20: Espalhador mecânico para a
aplicação da cal em pó (NLA, 2004).
42
Figura 2.21: Exemplo de aplicação da pasta de cal com o espalhador pneumático
(NLA, 2004).
Após a etapa de distribuição do estabilizante, formam-se leiras para sua
contenção (antes deste ser misturado ao solo). Em seguida, uma mistura preliminar é
realizada para a distribuição da cal sobre toda a camada de solo (Figura 2.22). Feito
isso, procede-se uma pulverização e escarificação iniciais (Figura 2.23) a fim de
preparar a mistura de solo e cal para a adição de água utilizando-se caminhões pipas
(Figura 2.24), dando início, dessa forma, as reações químicas estabilizantes. A água
deve ser adicionada durante todo o processo de mistura, à medida que a camada for
sendo novamente pulverizada e escarificada (NATIONAL LIME ASSOCIATION,
2004).
Figura 2.22: Enleiramento lateral do solo
para contenção da cal antes do processo
de mistura (NLA, 2004).
Figura 2.23: Escarificação e pulverização
após a distribuição da cal em pó (NLA,
2004).
43
Figura 2.24: Adicionamento de água após a aplicação da cal em pó (NLA, 2004).
De acordo com o IFG (2005) equipamentos robustos de mistura, com potência
adequada, realizam o processo de pulverização do solo e o de mistura, simultaneamente,
com a cal e a água (Figura 2.25). As máquinas mais eficientes realizam a operação em
apenas uma passada, permitindo que a camada seja compactada rapidamente e
minimizando a perda da densidade da mistura e da força causada por algum atraso
durante a compactação.
Figura 2.25: Mistura da cal ao solo simultaneamente a adição de água (IFG, 2005).
Com relação ao processo de compactação dos materiais, a NATIONAL LIME
ASSOCIATION (2004) recomenda que a compactação de uma camada deve ser
44
iniciada imediatamente após o processo de mistura. Caso isto não ocorra, um atraso de
até 4 dias pode não ser um problema se algumas precauções forem tomadas. Essas
precauções determinam que a mistura seja compactada levemente e mantida úmida até a
compactação ser completamente realizada. Já em relação aos longos atrasos, pode ser
necessária a incorporação de uma quantidade adicional da cal ao solo. O processo de
compactação pode ser realizado em uma camada, inicialmente, utilizando-se um rolo
pé-de-carneiro (Figura 2.26). A execução do acabamento final da superfície é realizada
com a utilização de um rolo de rodas lisas (Figura 2.27).
Figura 2.26: Rolo pé-de-carneiro (NLA,
2004).
Figura 2.27: Rolo liso (NLA, 2004).
Após a etapa de compactação procede-se a cura. Este processo, segundo O IFG
INTERNATIONAL FOCUS GROUP ON RURAL ROAD ENGINEERING (2005), é
muito importante por três razões:
1. assegura que uma umidade suficiente fique retida na camada de modo
que a cal possa continuar hidratada;
2. reduz a retração;
3. e reduz o risco de carbonatação no topo da camada.
A NATIONAL LIME ASSOCIATION (2004) define cura como sendo o tempo
necessário para que uma camada, após a sua compactação, obtenha o seu total
endurecimento. Este endurecimento tende a ocorrer de tal forma que as operações de
descarregamento, realizadas por caminhões, durante a construção das camadas seguintes
45
não causem nenhuma deterioração a camada inferior. O processo de cura pode ser
realizado de maneiras distintas:
a) cura úmida consiste em manter a superfície da camada em condições
adequadas de umidade, realizando para isto, quando necessário, uma
distribuição de água e rolagem;
b) cura de membrana consiste na selagem da camada compactada através
de uma imprimação betuminosa que pode ser aplicada uma ou mais
vezes. Essa selagem protege a camada de solo-cal do contato com o
dióxido de carbono, evitando assim a ocorrência da reação de
carbonatação e a formação de carbonato de cálcio -
3
CaCO
(Figura 2.28).
Figura 2.28: Cura por imprimação betuminosa (NLA, 2004)
2.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo, apresentou-se uma revisão bibliográfica sobre os mecanismos de
estabilização de solos pela cal, dos componentes integrantes dessas misturas, do
processo de fabricação industrial desse aditivo, especificamente, do material nesse
trabalho, e das etapas construtivas das camadas tratadas por esse estabilizante. No
capítulo seguinte serão abordados outros temas, como a seleção dos materiais
analisados e os métodos utilizados para realização dos ensaios laboratoriais executados
nessa pesquisa.
46
CAPÍTULO 3
MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Este capítulo apresenta informações gerais sobre a região estudada, as
características dos materiais empregados na pesquisa, os critérios adotados para a
escolha desses materiais e os métodos utilizados para realização dos experimentos
laboratoriais.
3.2. INFORMAÇÕES GERAIS SOBRE A ÁREA DE ESTUDO
De acordo com o relatório anual de atividades, desenvolvido em 2003 pela
secretaria de desenvolvimento econômico do governo do estado do Ceará, a política de
desenvolvimento econômico do respectivo estado tem atraído uma série de indústrias e
de agroindústrias para a região. Segundo esse relatório, desde 1995 foram assinados 759
protocolos de investimento, com mais de 100 municípios beneficiados, US$ 7,9 bilhões
investidos, gerando aproximadamente 173 mil empregos.
O grande número de investimentos realizados pelo Governo Cearense e pelos
investidores nacionais e internacionais da iniciativa privada, principalmente em
atividades envolvendo o agronegócio, está ampliando as frentes produtivas dos
agrópolos locais, em especial do agrópolo da região do Baixo Jaguaribe.
De acordo com dados obtidos junto à SEAGRI (Secretaria de Agricultura e
Pecuária) e citados por RABÊLO (2006), o agropólo do Baixo Jaguaribe, juntamente
com outros seis agropólos de agricultura, representa o modo de organização espacial do
estado do Ceará, levando-se em conta as áreas com maiores potencialidades para
agricultura irrigada do estado, com foco na exploração sustentável do setor produtivo.
Essa divisão em agropólos foi implementada na região em 1998, a fim de possibilitar
um maior desenvolvimento sustentável e uma melhor qualidade de vida aos moradores
locais.
Atualmente, o território do estado do Ceará, segundo o site do IPECE Instituto
de Pesquisa e Estratégia Econômica do Ceará, encontra-se dividido em 18 agropólos de
desenvolvimento agrícolas, englobando todos os municípios do estado.
47
A Figura 3.1 apresenta um mapa do estado do Ceará com 6 dos 7 agropólos
implantados em 1998. Esses agropólos, acrescidos do agropólo localizado na região
central do estado, foram denominados por: Baixo Acaraú, Ibiapaba, Cariri, Centro Sul,
Baixo Jaguaribe, Metropolitano e Sertão Central.
Figura 3.1: Mapa do Ceará e seus agropólos (GIRÃO et. al, 2000)
Segundo RABÊLO (2006) esses agropólos envolvem 80 dos 184 municípios
cearenses e mais de 2,9 milhões de pessoas, o equivalente a 39% da população do
estado. O autor menciona ainda, com base em informações obtidas no IBGE (Instituto
Brasileiro de Geografia e Estatística) que a participação dessas regiões na composição
do PIB (Produto Interno Bruto) do estado do Ceará é da ordem de 29%.
Com relação ao agropólo do Baixo Jaguaribe, especificamente, pode-se
mencionar que este, no ano de sua implementação, era constituído por 15 municípios:
Limoeiro do Norte, Russas, Tabuleiro do Norte, São João do Jaguaribe, Morada Nova,
Ibicuitinga, Jaguaruana, Palhano, Quixeré, Alto Santo, Icapuí, Itaiçaba, Aracati,
Jaguaretama e Nova Jaguaribara.
48
Esse agropólo, como mostrado na Figura 3.2 está situado entre os meridianos de
, limitando-se ao norte com o oceano atlântico e com os
municípios de Fortim, Ocara, Ibaretama e Beberibe; ao sul limita-se com o estado do
Rio Grande do Norte e com os municípios de Jaguaribe, Iracema e Potiretama; a leste,
com o oceano atlântico e com o estado do Rio Grande do Norte; e a oeste, com os
municípios de Ibaretama, Quixadá, Banabuiú e Solonópole.
Figura 3.2: Divisão municipal e localização em coordenadas geográficas do agropólo
do Baixo Jaguaribe (RABÊLO, 2006).
Segundo informações coletadas pelo IBGE (2007), a população residente desse
agropólo, incluindo os 15 municípios pertencentes ao mesmo no ano de sua
implementação, é de aproximadamente 424.267 habitantes, resultando em uma
densidade demográfica de 31,96 hab/km². Esses valores, assim como a população, a
área e a densidade demográfica de cada município encontram-se expostos na Tabela 3.1.
49
Tabela 3.1: Dados referentes aos municípios do agropólo do Baixo Jaguaribe.
Municípios
População
Residente (hab.)
Área
(Km²)
Densidade
Demográfica
(hab./Km²)
Alto Santo
19176
1339
14,32
Aracati
65903
1229
53,62
Ibicuitinga
10997
424
25,94
Icapuí
18197
429
42,42
Itaiçaba
7433
209
35,56
Jaguaretama
17854
1760
10,14
Jaguaruana
30843
867
35,57
Limoeiro do Norte
53599
752
71,28
Morada Nova
61908
2779
22,28
Nova Jaguaribara
9992
668
14,96
Palhano
8792
443
19,85
Quixeré
18780
617
30,44
Russas
64177
1588
40,41
São João do Jaguaribe
8344
280
29,80
Tabuleiro do Norte
28272
862
32,80
Total
424267
14246
Média = 31,96
Fonte: IBGE (2007)
O agropólo do Baixo Jaguaribe, além de possuir uma parcela representativa da
população do estado do Ceará, compreende uma área de aproximadamente 63.000
hectares, o que representa 37% de toda área irrigada do estado, sendo considerado o
maior agropólo da região (SEAGRI, 1999). De acordo com Ceará (2003) os números
crescentes de investimentos recebidos por essa região acarretarão novas oportunidades
para o desenvolvimento local de atividades relacionadas à agricultura irrigada e aos
agronegócios melhorando, dessa forma, a piscicultura, as bacias leiteiras, o lazer e o
turismo local.
Dessa maneira, levando-se em consideração as perspectivas de crescimento
dessa região, faz-se necessária a elaboração de um planejamento racional de
desenvolvimento da região a partir da melhoria da infra-estrutura de suas cidades,
especificamente, de suas estradas.
A região do agropólo do Baixo Jaguaribe não possui em sua infra-estrutura
básica ferrovias e hidrovias. Contudo, a mesma é servida pela rodovia BR-116.
50
Atualmente, existe uma enorme carência de novas estradas na região devido aos
inúmeros investimentos, públicos e privados, na área dos perímetros irrigados.
Segundo levantamento de dados junto aos técnicos da SEAGRI, em Outubro de
2005, a demanda reprimida de rodovias vicinais na região do Baixo Jaguaribe é de
aproximadamente 235 Km (ver RABÊLO, 2006). A Tabela 3.2, com dados fornecidos
em Novembro de 2005 pelo Núcleo de Suporte à Infra-estrutura e Gestão de Perímetros
Públicos Irrigados NUSIP da SEAGRI, citada por RABÊLO (2006), apresenta as
rodovias situadas na região do agropólo de Baixo Jaguaribe com prioridade para
melhorias em sua malha viária.
Tabela 3.2: Rodovias situadas na região do Agropólo do Baixo Jaguaribe com
prioridades para melhorias em sua malha viária.
ITEM
DISCRIMINAÇÃO
MUNICÍPIO
EXTENSÃO
(Km)
1
Limoeiro do Norte FAPIJA
Limoeiro do Norte
13
2
Acessos aos Projetos 7.1, 7.2 e 4.1
Limoeiro do Norte
10
3
Acesso ao Projeto Inthor
Limoeiro do Norte
7
4
Cabeça Preta - Lagoinha Tomé
Limoeiro do Norte
20
5
Jaguaruana - Perímetro Irrigado
Jaguaruana
5
6
BR-304 - Assentamento Campos Verdes
Aracati
10
7
BR-304 - Agrícola Cajazeiras
Aracati
22
8
Tabuleiro do Norte - Projeto Altinho
Tabuleiro do Norte
7
9
Entroncamento BR-116 (Morada Nova)
Morada Nova
26
10
Morada Nova - Beira Rio
Morada Nova
30
11
Tabuleiro do Norte - Olho D'Água da Bica
Tabuleiro do Norte
30
12
Entroncamento BR-116 - Entroncamento CE-046
Limoeiro do Norte
33
13
Alto Ferrão - Condomínio Itaiçaba
Itaiçaba
2
14
Entroncamento BR-304 - Projeto Santa Fé
Aracati
3
15
Entroncamento CE-377 - Organics Holdings
Quixeré
12
16
Itiçaba - Alto Ferrão
Itaiçaba
5
Fonte: RABÊLO (2006)
Com relação ao clima encontrado no agropólo do Baixo Jaguaribe, pode-se
observar que, através do mapa da Figura 3.3 fornecido pelo IPECE (2007), apenas dois
tipos predominam na região: o tropical quente semi-árido, característico do sertão, e o
tropical quente semi-árido brando, característico da zona litorânea. A linha vermelha na
figura indica a separação entre as duas áreas climáticas.
51
Figura 3.3: Mapa climático do Agropólo do Baixo Jaguaribe (IPECE, 2007).
Os municípios que possuem um clima tropical quente semi-árido, de acordo com
IPECE (2006), apresentam uma precipitação anual média variando de 700 a 850 mm,
enquanto que a precipitação pluviométrica anual média dos municípios com clima
tropical quente semi-árido brando varia de 700 a 950 mm.
Já as características topográficas da região, apresentadas na Figura 3.4, foram
obtidas através de um mapa digital fornecido pelo IPECE (2007), onde pode ser
observada a variação de altitude, em metros, de cada área situada no agropolo. A linha
vermelha presente nesta figura indica os limites de abragência da Chapada do Apodi,
onde verifica-se uma altitude média de 600 metros.
Através dos mapas apresentados nas Figuras 3.3 e 3.4 foi possível identificar três
regiões do agropólo com características climáticas e topográficas distintas: Litoral,
Sertão e Chapada. Essas regiões, bem como às características pedológicas dos solos
locais encontrados são apresentadas na Figura 3.5 (adaptada do Instituto de
Planejamento do Estado do Ceará IPLANCE (1997). Observando esta figura
percebe-se a ocorrência de uma grande diversidade de materiais na região,
constatando-se, contudo, a predominância de planossolos, neossolos, argissolo e
cambissolo.
52
Figura 3.4: Mapa Topográfico do Agropólo do Baixo Jaguaribe (IPECE, 2007).
Figura 3.5: Mapa pedológico do agropólo do Baixo Jaguaribe (adaptado do
INPLANCE, 1997 por RABÊLO, 2006).
53
3.3. SELEÇÃO DOS MATERIAIS
3.3.1. Solos
Os trechos de coletas dos solos, analisados nesta pesquisa, foram escolhidos com
base nas características dos materiais, bem como pela prioridade de demanda para
melhoria da pavimentação local.
É importante ressaltar que os pontos de coleta das amostras analisadas nesta
pesquisa encontram-se próximos às duas regiões, Aracati e Morada Nova, com uma
demanda considerável de pavimentação (91 Km) em relação ao número de vias
apresentadas na Tabela 3.2, que necessitam ser melhoradas.
Para a realização dos ensaios laboratoriais foram selecionadas e coletadas duas
amostras de solos finos situadas na região do agropólo do Baixo Jaguaribe. Esses solos
foram escolhidos por apresentarem presença marcante de partículas finas (argila
principalmente), índices de plasticidade elevados e baixas capacidades de suporte. Tais
propriedades inviabilizam o emprego desses materiais, sem estabilização, nas camadas
do pavimento.
Os solos estudados no trabalho foram inicialmente coletados nas duas regiões
previamente selecionadas, sendo uma amostra retirada nas proximidades do município
de Aracati (Am-A) e a outra nas proximidades do município de Morada Nova (Am-B).
Durante a coleta das amostras foi utilizado um aparelho GPS (Global Positioning
System) de navegação da marca Garmin, Etrex 12 Channel, com precisão máxima de 10
m. O perfil de cada jazida de solo foi registrado por meio de uma Câmera Fotográfica
Digital da marca Sony do tipo Cyber-Shot DSCS40.
A primeira amostra de solo utilizada na pesquisa, intitulada por Am-A, foi
retirada a uma profundidade de 0,25 m a 1,25 m, como ilustrado na Figura 3.6,
aproveitando um corte de talude interno da microempresa Agropecuária Aracati,
produtora local de melão, localizada no município de Aracati, em uma estrada vicinal
sobre a chapada do Apodi que sai do entroncamento com a CE-377 (conhecida na
região como rodovia do Melão) ligando a localidade de Limoeiro do Norte CE a
Tomé CE. Esse material foi coletado no horizonte B e apresentou 45,4% de sua
composição passando na peneira de n° 200 (0,075 mm), sendo classificado de acordo
54
com a classificação do Transportation Research Board - TRB (AASHTO) como um
solo do tipo A-6.
Já a segunda amostra, Am-B, foi coletada em uma jazida situada no Km 64 da
CE-138 que fica a, aproximadamente, 4 Km do centro urbano do município de Morada
Nova. Essa amostra foi retirada entre uma profundidade de 0,15 m a 0,45 m (Figura
3.7). Esse material foi coletado no horizonte B e apresentou 44,09% passando na
peneira de n° 200 (0,75 mm), sendo classificado de acordo com a classificação do
Transportation Research Board - TRB (AASHTO) como um solo A-4.
Figura 3.6: Coleta de Solo (Am -A).
Figura 3.7: Coleta de Solo (Am-B).
A Tabela 3.3 apresenta alguns dados sobre a classificação pedológica dos solos
analisados (baseado nos dados disponibilizado no mapa da Figura 3.3) e as coordenadas
geográficas dos pontos de coleta desses materiais
Tabela 3.3: Classificação pedológica e localização das amostras coletadas.
Amostra
Horizonte
Prof. de
Coleta (m)
Coordenadas Geográficas
Classificação Pedológica
Latitude
Longitude
Am-A
B
0,25 1,25
4° 52' 11"
38° 02' 56"
Planossolo hápticos
Am-B
B
0,15 0,45
5° 28' 43"
38° 33' 30''
Neossolo Litólico
Após a coleta, as amostras de solos selecionadas foram armazenadas em sacos
plásticos, com capacidade de 50 Kg, e, em seguida, transportadas até o laboratório de
Mecânica dos Pavimentos (LMP), da Universidade Federal do Ceará (UFC), onde
foram, posteriormente, realizados os ensaios de laboratório.
55
É importante ressaltar que os pontos de coleta, das duas amostras de solos
estudadas neste trabalho, encontram-se no mesmo agropólo de desenvolvimento
agrícola (do estado do Ceará) que a fábrica de cal da empresa Carbomil (Figura 3.8),
cedente do estabilizante utilizado na pesquisa. Dessa forma, a possibilidade do emprego
da cal na melhoria dos solos investigados além de poder proporcionar a melhoria da
pavimentação local na região estudada, poderá ampliar os negócios da empresa
Carbomil e, conseqüentemente, aumentar o número de empregos na localidade.
Figura 3.8: Mapa de localização das jazidas estudadas e da fábrica da cal (Carbomil).
56
A distância da jazida onde foi coletada a amostra de solo Am-A, em relação a
fábrica da Carbomil, é de aproximadamente 121 km. Enquanto que a distância entre a
jazida do solo Am-B à esta mesma fábrica é de cerca de 33 km.
3.3.2. Cal
A cal utilizada no estudo é a do tipo CH-I, de acordo com a NBR 7175. Este
material é bastante abundante no estado do Ceará e foi fornecido pela fábrica da
Carbomil Química S/A, que está situada na fazenda Baixa Grande, a aproximadamente
20 Km do município de Limoeiro do Norte - CE. A Tabela 3.4 apresenta a composição
química dessa cal, fornecida pelo fabricante.
Tabela 3.4: Composição Química da Cal Hidratada CHI.
COMPOSIÇÃO QUÍMICA - CAL HIDRATADA CH-I
PPC*
Ca(OH)2
MgO
RI* (Insolúvel em HCL)
SiO2
R2O3
23,0 % - 25,0 %
92,5 % - 98,5 %
3,5 % máx
0,5 % Max
0,3 % máx
1,5 % Max
* PPC Perda Por Calcinação
*RI Resíduo Insolúvel
3.3.3. Água
Foi utilizada água destilada na execução de todos os ensaios laboratoriais.
Contudo, na imersão das amostras (24 horas antes da ruptura dos ensaios de resistência
á compressão simples e de 96 horas antes dos ensaios de índice de suporte Califórnia)
foi utilizada água potável, proveniente da rede de abastecimento público.
3.4. PROGRAMA EXPERIMENTAL
3.4.1. Considerações Gerais
Inicialmente foi realizada a preparação das amostras de acordo com norma
ME-041/94 do antigo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNER (atual
DNIT), intitulada por
Na pesquisa foram analisadas amostras naturais de solos e estabilizadas com 3%,
5% e 7% da cal em relação ao peso seco destes. Dois procedimentos foram testados
para a mistura do estabilizante ao solo, um adicionando-se cal em pó (método
convencionalmente utilizado) e o outro adicionando-se cal diluída na água de
compactação (pasta de cal), que será melhor discutido no subitem 3.4.2 deste trabalho.
57
ANGELIM (2005) apresentou alguns resultados do comportamento de solos
misturados com pasta de cal. O autor realizou, na época, para essas misturas e para
outras ensaiadas com cal em pó e com o solo em seu estado natural, os ensaios de
caracterização, compactação, Índice de Suporte Califórnia (ISC) e expansão. O autor
observou que os resultados obtidos com a utilização da pasta da cal na estabilização do
solo analisado, quando considerados os valores de ISC, eram mais satisfatórios do que
os obtidos com a utilização da cal em pó, ou seja, apresentavam valores mais elevados.
Para a realização desse trabalho, investigou-se o efeito da forma de aplicação da
(comentados posteriormente) para a estabilização de solos aplicados à construção de
rodovias. A Figura 3.9 apresenta um esquema simplificado das etapas realizadas durante
esta pesquisa.
PROGRAMA
EXPERIMENTAL
2ª ETAPA1ª ETAPA 3ª ETAPA
ENSAIOS DE
CARACTERIZAÇÃO
ENSAIOS
QUÍMICOS
ENSAIOS DE
RESISTÊNCIA
ANÁLISE E
DISCUSSÃO DOS
RESULTADOS
CONCLUSÕES
Figura 3.9: Esquema simplificado do programa experimental.
58
O programa experimental realizado com as amostras coletadas, como pode ser
observado na Figura 3.9, foi dividido em três etapas:
1ª etapa ensaios de caracterização das amostras de solos, englobando
caracterização granulométrica, densidade real, limite de liquidez e limite
de plasticidade, bem como os ensaios de compactação, ISC e expansão
para essas amostras;
2ª etapa ensaios químicos, englobando dosagem das misturas de
solo-cal pelo método do pH (EADES e GRIM, 1966) e o ensaio de
complexo sortivo das amostras naturais de solo;
3ª etapa ensaios de resistência das amostras naturais de solos (RCS,
MR e RTCD) e das amostras estabilizadas, englobando a dosagem das
misturas de solo-cal pelo método proposto por THOMPSON (1966),
discutido posteriormente no item 3.4.3, e os ensaios de compactação
Proctor, Índice de Suporte Califórnia, resistência à compressão simples
(RCS), resistência à tração por compressão diametral (RTCD) e triaxial
dinâmico (MR).
Com relação aos ensaios de resistência, pode-se dizer que cada amostra de solo
foi preparada em quantidade suficiente para a moldagem de um corpo de prova para os
ensaios de compactação Proctor, dois corpos de prova para os ensaios de Índice de
Suporte Califórnia, três corpos de prova para os ensaios de resistência à compressão
simples (RCS), dois corpos de prova para os ensaios de resistência à compressão
diametral e um corpo de prova para os ensaios de Resiliência.
Já para as misturas de solo-cal analisadas, foram realizados os mesmos ensaios
elaborados para as amostras naturais de solos, em quantidades similares às executadas
nestas, acrescidos do ensaio de dosagem proposto por THOMPSON (1966) e outros
, onde foi analisado o efeito da variação do
tempo de espera entre a mistura e a moldagem dos CPs nos resultados de RCS das
amostras estabilizadas.
Nos ensaios de resistência à compressão simples, resistência à compressão
diametral e resiliência as amostras foram ensaiadas após um período de cura de 0, 7, 14,
28 e 90 dias. Sendo que para o ensaio de RCS, essas amostras foram imersas por um
59
período de vinte e quatro horas antes da ruptura, enquanto que para os outros dois, a
ruptura ocorreu sem imersão prévia.
Já nos ensaios não convencionais, foram analisados os valores de resistência à
compressão simples para as amostras de solo-cal (em pó e em pasta), após um período
de 28 dias de cura, no teor de 3% da cal em relação ao peso seco de solo, sendo
realizadas amostras com um período de 2, 4, 6 e 8 horas entre a mistura e a
compactação.
Ressalta-se que todos os corpos-de-prova submetidos a um período de cura,
antes da realização dos ensaios, foram previamente enrolados por papel filme, a fim de
evitar a perda de umidade para o ambiente.
Com relação aos materiais (solo, cal e água), utilizados nos ensaios laboratoriais,
é importante mencionar que os mesmos foram pesados com uma precisão de 0,01 gf,
exceto para ensaios de compactação e Índice de Suporte Califórnia, cuja precisão
adotada foi de 0,1 gf. As percentagens desses materiais foram definidas de modo a se
obter um teor de umidade próximo do ótimo (± 0,5%) e um peso específico aparente
seco próximo ao máximo da curva de compactação (± 0,5 KN/m³).
3.4.2. Misturas
Com relação às técnicas de estabilização utilizadas, cal em pó e cal em pasta,
pode-se dizer que a diferença durante a realização dos ensaios encontra-se na forma em
que o estabilizante é adicionado ao solo. No método tradicionalmente utilizado,
usando-se cal em pó, adiciona-se inicialmente o aditivo ao solo e, em seguida, é feita a
mistura e homogeneização da amostra para, posteriormente, ser adicionada a água de
compactação na mistura.
Já no método da cal em pasta (Figura 3.10), o estabilizante é adicionado ao solo
após este ser diluído na água de compactação para, posteriormente, a amostra ser
misturada, homogeneizada e compactada. Esse método, aparentemente, mostra ser
menos agressivo ao ambiente, uma vez que o aditivo reage inicialmente com a água,
evitando assim sua dispersão durante a aplicação da técnica, além de se evitar a
formação de pó.
60
Figura 3.10: Método de ensaio da cal em pasta.
As amostras de solo foram, em quase toda sua totalidade, preparadas com
misturas estabilizadas com 3%, 5% e 7% da cal em relação ao peso seco de solo. Para o
caso dos métodos de dosagem (Figura 3.11), utilizaram os teores de 1%, 3%, 5%, 7% e
9% para o método de dosagem proposto por EADES e GRIM (1966) e 3%, 5%, 7% e
9% para o método de dosagem seguido por THOMPSON (1966).
Figura 3.11: Misturas de solo-cal (dosagem).
61
Para a realização dos ensaios de resistência (RCS, MR, RTCD) nas misturas
estabilizadas, selecionaram-se os teores de 3%, 5% e 7%, conforme é apresentado na
Figura 3.12, para períodos de cura de 0, 7, 14, 28 e 90 dias.
Figura 3.12: Misturas de solo-cal (ensaios de resistência).
62
3.4.3. Dosagem
A dosagem das amostras de solo-cal foi realizada utilizando-se dois métodos
preconizados nos Estados Unidos (na década de 60), mais precisamente no estado de
Illinois. Inicialmente, foi utilizado o método proposto por EADES e GRIM (1966),
conhecido também como método do pH. De acordo com estes autores, o menor teor da
cal que proporcionar um valor de pH de 12,4 é o suficiente para estabilizar o solo. O
resumo do procedimento desse método consiste nas seguintes etapas:
a) amostras representativas de 20 g de solo seco, passadas na peneira nº 40,
são pesadas com uma precisão de 0,1 g e, posteriormente, adicionadas a
um recipiente plástico de 150 ml;
b) em seguida, são acrescentados teores crescentes da cal a cada recipiente,
pesados com uma precisão de 0,01 g. O método indica o uso de no
mínimo 5 teores da cal a serem misturados ao solo seco;
c) posteriormente, acrescenta-se 100 ml de água destilada às misturas de
solo-cal agitando-as a fim de garantir a homogeneização;
d) a cada 10 minutos, agitam-se os recipientes por 30 segundos;
e) após uma hora de ensaio são determinados os valores de pH.
Foram ensaiadas misturas de solo-cal com teores de 1%, 3%, 5%, 7% e 9% da
cal em relação ao peso seco de solo. As amostras de solo-cal foram ensaiadas
imediatamente após a mistura e após um período de 7 dias de cura, a fim de se verificar
a evolução do valor do pH com o tempo. Para a determinação dos valores de pH foi
utilizado um pH-metro da marca WTW e modelo PH 330i, ilustrado na Figura 3.13,
calibrado com soluções tampão de pH igual a 4 e 7.
63
Figura 3.13: pHmetro utilizado na pesquisa.
O outro método utilizado para a dosagem das misturas de solo-cal foi o utilizado
por NÚÑEZ (1991) e, posteriormente, citado por LOVATO (2004) tendo como
parâmetro o critério de reatividade estabelecido por THOMPSON (1966). De acordo
com THOMPSON (1966) um solo após ser estabilizado pela cal é qualificado como
reativo quando apresenta ganhos de resistência à compressão simples não inferiores a
345 kN/m² após 28 dias de cura, precedidos por uma imersão prévia de 24 horas em
água potável. Nesse método são adotados quatro teores crescentes da cal (em relação ao
peso seco de solo) cujos percentuais utilizados no respectivo trabalho foram de 3%, 5%,
7% e 9%.
Nesta pesquisa, utilizou-se o método proposto por EADES e GRIM (1966)
apenas como referência, devido às limitações deste para utilização em solos tropicais.
De acordo com alguns relatos do TRB (1987), citados por LOVATO (2004), a
porcentagem da cal obtida pelo método do pH não produz a máxima resistência à
compressão simples nos solos tropicais e subtropicais. Conforme esses relatos, o
método não assegura se a reação do solo com a cal produz um substancial aumento de
resistência.
Assim, adotou-se para determinação do teor ótimo da cal, na estabilização de
cada solo estudado no trabalho, os resultados obtidos nos ensaios de resistência à
compressão simples, obtidos após um período de cura de 28 dias e uma imersão prévia
de 24 horas em água potável antes da ruptura, que apresentaram um valor superior a 345
kN/m², sendo escolhido a menor percentagem da cal que proporcionou a obtenção desse
resultado.
64
3.4.4. Caracterização
3.4.4.1. Análise Granulométrica
A análise granulométrica das amostras de solos, por peneiramento e por
sedimentação, foi realizada conforme o método de ensaio ME 051/94 do antigo DNER
(atual DNIT). Já as densidades reais das amostras naturais de solo foram determinadas
através do método de ensaio ME 093/94 do antigo DNER (atual DNIT).
3.4.4.2. Limites de Atterberg
Os valores dos limites de liquidez (LL) das amostras de solos naturais e das
misturas de solo-cal, em pó e em pasta, nos teores de 3%, 5% e 7% da cal em relação ao
peso seco de solo, foram determinados de acordo com o método de ensaio ME 122/94
do antigo DNER (atual DNIT). Já os valores dos limites de plasticidade (LP), para as
mesmas amostras ensaiadas para o ensaio de LL, foram determinados de acordo com o
método de ensaio ME 82/94, também do antigo DNER, atual DNIT
3.4.4.3. Ensaios de Compactação
Para a determinação dos valores dos pesos específicos aparentes secos máximos
e das umidades ótimas do solo natural e das misturas de solo-cal, em pó e em pasta,
foram realizados ensaios de compactação no cilindro Proctor conforme o método de
ensaio ME-162/94 do antigo DNER, atual DNIT. Neste estudo, prevaleceu a utilização
da energia intermediária de compactação. Apesar disso, com o intuito de se verificar o
efeito da energia normal no comportamento das misturas de solo-cal, selecionou-se uma
das amostras de solo estudadas (Am-A) para tal finalidade.
3.4.5. Ensaios Químicos
Os ensaios químicos das amostras naturais dos solos foram realizados no
Laboratório de Solos e Água, do departamento de ciências do solo, Centro de Ciências
Agrária da Universidade Federal do Ceará (UFC), envolvendo os ensaios de Complexo
Sortivo e pH.
65
3.4.6. Ensaios de Resistência
3.4.6.1. Ensaios de Índice de Suporte Califórnia (CBR) e Expansão
A determinação dos valores de CBR e de expansão para as amostras de solos
naturais e das misturas de solo-cal, em pó e em pasta, foi realizada de acordo com o
método de ensaio ME 049/94 do antigo DNER, atual DNIT. Cada amostra foi ensaiada
em duplicata e os valores finais de CBR e expansão foram determinados pela média
aritmética dos dois resultados obtidos após os ensaios. Todas as amostras foram
ensaiadas no cilindro Proctor. A exemplo do critério adotado para o ensaio de
compactação, selecionou-se também as misturas de solo-cal ensaiadas com a amostra de
solo Am-A para se verificar o efeito da energia Proctor normal nos valores de ISC.
3.4.6.2. Ensaios de Resistência à Compressão Simples
O parâmetro de resistência à compressão simples é a característica mais
empregada na avaliação das propriedades das misturas de solo-cal.
Neste trabalho à resistência à compressão simples, das amostras de solos
naturais e das misturas de solo-cal, foi determinada conforme o regulamentado pela
norma da ASTM D 5102/96. Ressalta-se que a utilização da norma americana para este
ensaio, deu-se pelo fato de não se ter encontrado uma metodologia nacional para a
obtenção do parâmetro em questão para misturas de solos estabilizados quimicamente
pela cal. Na moldagem dos corpos-de-prova foi utilizado um molde cilíndrico tripartido
(Figura 3.14), com 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura, obedecendo-se a relação de
2:1.
Figura 3.14: Molde cilíndrico tripartido usado no ensaio de compressão simples.
66
A moldagem foi realizada manualmente, em três camadas, na energia
intermediária sendo aplicados 33 golpes por camada. Depois de compactados, os
corpos-de-prova foram retirados do molde cilíndrico, pesados e medidos com uma
precisão de 0,01 gf e 0,01 cm, respectivamente. Foram aceitos os corpos-de-prova com
10 ± 0,2 cm de altura e 5,0 ± 0,2 cm de diâmetro. Em seguida, as amostras compactadas
foram enroladas por papel filme, identificadas e deixadas em cura, à temperatura
ambiente, por 0, 7, 14, 28 e 90 dias. Após o período de cura os corpos-de-prova foram
submetidos a uma imersão em água potável por um período de 24 horas para,
posteriormente, serem ensaiados.
As amostras foram moldadas em triplicata e o valor da resistência à compressão
simples de cada mistura, para cada teor de cal especificado e para cada período de cura
analisado, foi determinado através do valor da média aritmética dos 3 resultados
obtidos, sendo admitidos os valores de tensão de ruptura de ± 10% da média. No caso
em que um dos valores se apresentasse fora dessa faixa, determinava-se novamente a
média dos dois restantes.
Foram analisadas misturas de solos naturais e de solos estabilizados
quimicamente pela cal, em teores pré-determinados de 3%, 5% e 7% da cal em relação
ao peso seco de solo. Essas misturas foram moldadas com a utilização de cal pó e cal
em pasta, como descrito anteriormente no item 3.3. Essas amostras foram ensaiadas
utilizando-se um modo de deformação controlada, com velocidade de 1,25 mm/min.
3.4.6.3. Ensaios de Resistência à Tração por Compressão Diametral
A determinação dos valores de Resistência à Tração por Compressão Diametral -
RTCD para as amostras de solos naturais e das misturas de solo-cal, em pó e em pasta,
foi realizada de acordo com o método de ensaio ME 138/94 do antigo DNER, atual
DNIT. Cada amostra foi ensaiada em duplicata na energia de compactação Proctor
intermediária e os valores finais de RTCD foram determinados pela média aritmética
dos dois resultados obtidos após os ensaios.
67
3.4.6.4. Ensaios de Módulo de Resiliência
O Módulo de Resiliência (MR) de um solo é dado pela relação entre a
tensão-desvio (
d
) e a deformação resiliente
r
), conforme apresentado na equação 3.1.
r
R
M
d
(3.1)
O comportamento resiliente das amostras analisadas no trabalho foi determinado
através do ensaio triaxial de cargas repetidas, de acordo com o método preconizado na
COPPE UFRJ conforme apresentado em MEDINA e MOTTA (2005).
Os corpos-de-prova foram moldados em molde cilíndrico tripartido (o mesmo
utilizado no ensaio de resistência à compressão simples), com 10 cm de diâmetro e 20
cm de altura. A moldagem das amostras foi realizada manualmente, utilizando-se a
energia de compactação intermediária em 10 camadas, sendo aplicados 10 golpes por
camada. Foram moldadas amostras de solo natural e de solo estabilizado, utilizando-se
cal em pasta e cal em pó e, para cada uma destas amostras, foi moldado apenas um
corpo-de-prova.
As misturas de solo-cal foram ensaiadas nos teores de 3%, 5% e 7% de cal em
relação ao peso seco de solo para os períodos de cura de 0, 7, 14, 28 e 90 dias. Essas
amostras permaneceram envoltas por um papel filme, assim como nos ensaios de
resistência à compressão simples e compressão diametral, ao longo de todo período de
cura e foram ensaiadas sem imersão prévia em água potável.
Os resultados obtidos no ensaio triaxial de cargas repetidas foram gerados a
partir do uso de um sistema automatizado conhecido por SiCAEP (Sistema de Controle
e Aquisição para Ensaios de Pavimentos) que foi concebido pelos engenheiros Ricardo
Gil Domingues e Álvaro Augusto Dellê Vianna (ver MEDINA e MOTA, 2005). Um
exemplo de registro dos resultados gráficos gerados por esse sistema e a visualização da
utilização do software no momento em que uma das amostras era ensaiada encontra-se
exposto nas Figuras 3.15 e 3.16.
68
Figura 3.15: Exemplo de resultados gráficos pelo SiCAEP após o ensaio triaxial.
Figura 3.16: Tela gerada pelo SiCAEP durante a realização do ensaio triaxial.
Já a Tabela 3.5, adaptada da bibliografia MEDINA e MOTTA (2005), apresenta
o procedimento adotado para a execução do ensaio. Juntamente com essa tabela são
apresentados: um desenho esquemático do equipamento utilizado para a determinação
do módulo de resiliência (Figura 3.17) e algumas fotos obtidas durante a realização do
ensaio triaxial (Figura 3.18 a 3.23).
69
Tabela 3.5: Etapas do ensaio Triaxial dinâmico.
PROCEDIMENTO DETALHADO PARA EXECUÇÃO DO ENSAIO TRIAXIAL DE CARGAS
REPETIDAS
PASSO 1
Compactação do corpo-de-prova (CP) e medição da massa específica deste após a sua
retirada do molde cilíndrico.
PASSO 2
Colocação do CP sobre a pedra porosa.
PASSO 3
Colocação do cabeçote sobre o CP.
PASSO 4
Envolvimento do CP com a membrana de borracha (com o auxílio do encamisador).
PASSO 5
Colocação de ligas (elásticos) envolvendo a membrana na altura do cabeçote situado
acima do CP.
PASSO 6
Colocação do CP sobre a base da célula triaxial.
PASSO 7
Colocação de ligas (elásticos) envolvendo a membrana na altura da base da célula
triaxial.
PASSO 8
Fixação dos LVDTs ao cabeçote.
PASSO 9
Colocação do cilindro da célula triaxial.
PASSO 10
Colocação das hastes de fixação da tampa da célula triaxial.
PASSO 11
Assentamento da tampa da célula triaxial, prendendo esta as respectivas hastes.
PASSO 12
Colocação da conexão da haste ao pistão de carga.
PASSO 13
Encaixe dos mangotes de ar comprimido para aplicação das tensões desvio e
confinante.
PASSO 14
Liberação do ar comprimido.
PASSO 15
Ligação do sitema de aquisição e reprodução dos dados.
PASSO 16
Ajuste fino dos LVDTs, com o auxílio das hastes rosqueadas, dentro do intervalo de
voltagem para leitura dos deslocamentos (0,1 Volt à 0,5 Volt).
PASSO 17
Início da fase de condicionamento com o intuito de se eliminar (ou pelo menos
minimizar) os efeitos da deformação plástica e da história das tensões, com a
aplicação de 500 pulsos de carga em três estágios de aplicação de tensão desvio e
confinante (Tabela 3.6).
PASSO 18
Após o condicionamento, os transdutores são novamente ajustados e, em seguida,
da-se início ao ensaio triaxial, com 18 ciclos de carga e 10 aplicações de carga por
ciclo (Tabela 3.7).
PASSO 19
Após a aplicação do último ciclo de carga são verificados os valores e gráficos
gerados pelo software e, caso todos resultados tenham sido devidamente computados
sem a verificação de nenhuma anomalia, o ensaio é encerrado.
PASSO 20
O CP é retirado do equipamento e, posteriormente, seco em estufa (até a constância de
peso) para obtenção da umidade do ensaio.
Tabela 3.6: Tensões de condicionamento do corpo-de-prova para o ensaio de módulo
de resiliência.
Ciclos
Tensão confinante (σ3)
– Mpa
Tensão desvio (σd) –
Mpa
1
0,07
0,07
2
0,07
0,21
3
0,105
0,315
70
Tabela 3.7: Tensões de carregamento aplicadas no ensaio de módulo de resiliência.
Ciclos
Tensão confinante (σ3)
– Mpa
Tensão desvio (σd) –
Mpa
1
0,021
0,021
0,041
0,062
2
0,034
0,034
0,069
0,103
3
0,051
0,051
0,103
0,155
4
0,069
0,069
0,137
0,206
5
0,103
0,103
0,206
0,309
6
0,137
0,137
0,275
0,412
Figura 3.17: Figura esquemática de um equipamento utilizado no ensaio triaxial
dinâmico (MEDINA e MOTTA, 2005).
71
Figura 3.18: Colocação do corpo-de-
prova (CP) sobre a pedra porosa.
Figura 3.19: Colocação do cabeçote
sobre o CP.
Figura 3.20: Fixação dos LVDTs ao
cabeçote (vista superior).
Figura 3.21: Fixação dos LVDTs ao
cabeçote (vista frontal).
Figura 3.22: Colocação do cilindro da
célula triaxial.
Figura 3.23: Liberação do ar
comprimido.
72
Após a realização dos ensaios e obtenção dos resultados, gerados pelo sistema
SiCAEP, foi realizada uma classificação através das propriedades resilientes dos solos
das misturas analisadas. Essa classificação, apresentada pelo manual de pavimentação
do DNIT (2006), é dividida em duas classes de materiais: a dos solos granulares e a dos
solos finos.
No caso específico desse trabalho, que analisa solos tipicamente finos, foi
utilizada a classificação especifica para esses solos (ver Figura 3.24). De acordo com
esta classificação o solo pode enquadrar-se em três tipos distintos:
a) tipo I: solos apresentando bom comportamento no que se refere ao
módulo de resiliência como materiais de subleito, reforço do subleito e
sub-base;
b) tipo II: solos que apresentam comportamento regular quanto a resiliência
como materiais de subleito e reforço de subleito;
c) tipo III: solos de comportamento ruim quanto à resiliência. Não devem
ser empregados em camadas de pavimentos e para subleito, requerendo
estudos e cuidados especiais;
Figura 3.24: Classificação resiliente (DNIT, 2006).
73
Com relação aos modelos resilientes, foram analisados quatro modelos distintos:
o primeiro analisando o efeito da tensão desvio (equação 3.2), o segundo analisando o
efeito da tensão confinante (equação 3.3), o terceiro analisando o efeito do primeiro
invariante de tensão (equação 3.4) e o quarto analisando o efeito da tensão desvio e da
tensão confinante (modelo composto-ver equação 3.5).
M
R
= k
1
.
d
k2
(3.2)
M
R
= k
1
.
3
k 2
(3.3)
M
R
= k
1
.
k2
(3.4)
M
R
= k
1
.
3
k2
.
d
k 3
(3.5)
Onde: MR é o Módulo de Resiliência, 1 e 3 são as tensões principais, maior e
menor (respectivamente), d é a tensão desvio, (1 + 2 + 3) é o primeiro invariante
de tensão e os valores de k são constantes obtidas através da realização do ensaio
triaxial dinâmico.
3.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo foram apresentadas características peculiares da região originária
dos solos estudados, bem como os critérios adotados para seleção dos materiais
utilizados nos ensaios laboratoriais. Além disso, foi apresentado o programa
experimental para amostras de solos naturais e estabilizadas pela cal (em pó e em pasta).
Ao longo desse programa foram mencionados os ensaios desenvolvidos durante a
pesquisa e as variáveis analisadas para cada um desses ensaios, assim como a precisão
adotada na obtenção dos resultados gerados a partir da execução destes. No próximo
capítulo serão apresentados os resultados obtidos através da realização do programa
experimental aplicado.
74
CAPÍTULO 4
APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
4.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados obtidos nos
experimentos laboratoriais realizados para as duas amostras de solos, coletadas na
região do agropólo do Baixo Jaguaribe, e para suas misturas estabilizadas com cal, em
pó e em pasta, seguindo a metodologia apresentada no capítulo anterior.
Inicialmente, foram apresentados e analisados os resultados dos ensaios de
caracterização geotécnica e da análise química, realizados para as amostras naturais de
solos.
Em seguida, foram analisadas as amostras de solos estabilizadas por diferentes
teores da cal, a fim de se obter um teor ótimo para a aplicação do aditivo durante a
estabilização dos dois solos estudados. Para isso, foram empregados dois métodos de
dosagem para as misturas de solo-cal: um analisando o comportamento químico das
amostras, por meio da evolução dos valores de pH (método de EADES e GRIM, 1966),
e o outro analisando o comportamento mecânico, por meio da evolução dos valores de
resistência à compressão simples (método de THOMPSON, 1966).
Após a discussão dos resultados encontrados nos ensaios de dosagem das
misturas, foram apresentados e discutidos os valores dos limites de Atterberg obtidos
para as amostras estabilizadas. Posteriormente, foram discutidas as variações que os
diversos teores de cal (em pó e em pasta) produziram nas propriedades mecânicas dos
solos estudados, após a realização dos ensaios de compactação, ISC, resistência à
compressão simples, resistência à tração por compressão diametral e módulo de
resiliência.
Por fim, foi realizado o dimensionamento mecanístico para uma estrutura de
pavimento típico de rodovia de baixo volume de tráfego do estado do Ceará,
empregando-se a técnica solo-cal na camada de base.
75
4.2. CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS
A caracterização dos dois solos estudados neste trabalho teve por objetivo
verificar algumas características dos materiais, tais como: textura, consistência e
capacidade de troca catiônica, que possam vir a afetar o desempenho das misturas
estabilizadas pela cal.
Inicialmente, foi realizada a caracterização geotécnica dos solos naturais. Essa
caracterização teve por finalidade verificar se a consistência e textura das amostras
analisadas indicavam ou não a necessidade de se estabilizar os solos. Algumas
propriedades das amostras naturais, como: ISC e expansão, também foram investigadas
nesta fase.
Em seguida, verificaram-se algumas características químicas de cada amostra de
solo, procurando-se averiguar como cada uma das propriedades analisadas poderiam vir
a afetar o desempenho das mituras de solo-cal.
4.2.1. Caracterização Geotécnica
4.2.1.1. Amostra Am-A
A primeira amostra de solo analisada na pesquisa, designada de Am-A,
apresentou em sua composição 8,21 % de pedregulho (acima de 4,8 mm), 6,23 % de
areia grossa (de 4,8 a 2,0 mm), 12,04 % de areia média (de 2,0 a 0,42 mm), 28,12 % de
areia fina (de 0,42 a 0,0075 mm), 18,93% de silte (de 0,0075 a 0,005 mm) e 26,47 % de
argila (abaixo de 0,005 mm), sendo que o percentual de argila coloidal (abaixo de 0,001
mm) presente nesta amostra foi da ordem de 17,85 %. A análise granulométrica do solo
encontra-se representado pela curva mostrada na Figura 4.1.
76
Figura 4.1: Distribuição granulométrica da amostra de solo Am-A.
A densidade real dos grãos, obtida para esse solo, foi de 2,668 g/cm³ e os
resultados dos ensaios de Limites de Atterberg juntamente com o valor do índice de
grupo e a classificação do TRB, para esse mesmo material, encontram-se expostos na
Tabela 4.1.
Tabela 4.1: Índice de grupo e caracterização do solo (TRB): Am-A
ÍNDICE DE GRUPO
IG = 0,2a + 0,005ac + 0,01bd
a =
10,40
c =
0
b =
30,40
d =
0
CARACTERIZAÇÃO DO SOLO
Limite de Liquidez
29,00%
Limite de Plasticidade
18,00%
Índice de Plasticidade
11,00%
Índice de Grupo:
2
% passa na # 10
85,56
Classificação TRB
A-6
(solo argiloso)
% passa na # 40
73,51
% passa na # 200
45,40
Analisando-se os valores expostos na Tabela 4.1, verificou-se que a amostra de
solo Am-A apresentou valores de LL e IP, respectivamente, superiores a 25% e 6%, o
que, de acordo com as especificações do Departamento Nacional de Infra-Estrutura de
Transportes DNIT (2006), impossibilitaria o uso desse material em camadas de base e
sub-base de pavimentos rodoviários.
77
Com relação à capacidade de suporte do solo (Am-A) e à expansão do mesmo,
foram encontrados, em laboratório, os valores apresentados na Tabela 4.2, ensaiados na
energia Proctor intermediária.
Tabela 4.2: Valores de ISC e expansão para a amostra de solo Am-A.
AMOSTRA DE SOLO: Am-A
CBR (%)
4,00
EXPANSÃO (%)
0,21
Assim como os valores de LL e IP encontrados, o resultado obtido para
capacidade de suporte do solo (Am-A) não atendeu às especificações do DNIT (2006),
para o uso em camadas de base e sub-base de rodovias. De acordo com essa autarquia
federal, os valores mínimos de CBR e expansão, exigidos para os materiais utilizados
nessas camadas, são os apresentados na Tabela 4.3.
Tabela 4.3: Especificações do DNIT (2006)
ESPECIFICAÇÕES DO DNIT
CAMADA
CBR (%)
EXPANSÃO (%)
SUB-BASE
BASE
Verificou-se que o valor de CBR (%) = 4,00, encontrado para amostra natural de
solo (Am-A), ficou bem abaixo dos valores apresentados na Tabela 4.3. Já o resultado
obtido para a expansão do material apresentou-se inferior a 0,5%, o que, levando-se em
conta apenas esse parâmetro, permitiria o enquadramento do material para o uso nas
camadas especificadas. Contudo, analisando-se todos os resultados encontrados para
essa amostra de solo, percebeu-se que o mesmo não era adequado ao uso em camadas
nobres de rodovias, ficando condicionado a um processo de estabilização que
melhorasse suas propriedades físico-químicas a fim de possibilitar o seu enquadramento
nas especificações rodoviárias em vigência.
4.2.1.2. Amostra Am-B
A segunda amostra de solo analisada na pesquisa, designada de Am-B,
apresentou em sua composição 1,00 % de pedregulho, 2,00 % de areia grossa, 10,00 %
de areia média, 43,00 % de areia fina, 5,00 % de silte e 39,00 % de argila, sendo que o
78
percentual de argila coloidal presente nesta amostra foi da ordem de 37,5 %. Assim
como na análise granulométrica realizada para o solo Am-A, utilizou-se no ensaio da
amostra Am-B -
se representado pela figura 4.2.
Figura 4.2: Distribuição granulométrica da amostra de solo Am-B.
A densidade real dos grãos, obtida para a amostra de solo Am-B, foi de 2,625
g/cm³ e os resultados dos ensaios de Limites de Atterberg juntamente com o valor do
índice de grupo e a classificação do TRB, para esse mesmo material, encontram-se
expostos na Tabela 4.4. Já os valores de ISC e de expansão encontrados para esse solo,
na energia de compactação intermediária, são apresentados na Tabela 4.5.
Tabela 4.4: Índice de grupo e caracterização do solo (TRB): Am-B.
ÍNDICE DE GRUPO
IG = 0,2a + 0,005ac + 0,01bd
a =
9,09
c =
0
b =
29,09
d =
0
CARACTERIZAÇÃO DO SOLO
Limite de Liquidez
22,00%
Limite de Plasticidade
15,41%
Índice de Plasticidade
6,59%
Índice de Grupo:
2
% passa na # 10
96,86
Classificação TRB
A-4
(solo siltoso)
% passa na # 40
86,86
% passa na # 200
44,09
79
Tabela 4.5: Valores de ISC e expansão para a amostra de solo Am-B.
AMOSTRA DE SOLO: Am-B
CBR (%)
17,62
EXPANSÃO (%)
0,03
Os valores de LL, IP, CBR e expansão, encontrados para a amostra de solo Am-
B, foram melhores do que os encontrados para a amostra de solo Am-A, quando
considerados os valores especificados pelo DNIT (2006). No entanto, essa amostra
também não se enquadrou como um solo apto a ser usado em camadas, de bases e
sub-base, de pavimentos. Dessa forma, esse solo (Am-B), assim como o outro (Am-A),
deve passar por um processo de estabilização antes de ser empregado em obras
rodoviárias, se utilizados os critérios convencionais.
4.2.2. Análise Química
A análise química das amostras dos solos, Am-A e Am-B, como mencionado no
item 3.4.5 do capítulo 3, foi realizada no Laboratório de Solos e Água, do Departamento
de Ciências do Solo, do Centro de Ciências Agrária da Universidade Federal do Ceará
(UFC). Esta análise foi constituída pela avaliação da capacidade de troca catiônica, da
atividade das argilas e do pH das amostras dos solos em estudo.
4.2.2.1. Capacidade de Troca Catiônica (CTC)
Segundo JACINTHO (2005), a capacidade de troca catiônica de um solo é a
capacidade que os colóides destes possuem para reter cátions, sendo diretamente
dependente da quantidade de cargas negativas presente na amostra. Essa autora
comenta, ainda, embasada por relatos feitos por KIEHL (1979), que a CTC de um
material está relacionada à porcentagem de argila presente neste. Desta forma, para
maiores porcentagens da fração argila presentes no solo, maiores os teores de minerais
argílicos e, conseqüentemente, maiores os valores da CTC.
BUOL et al. (1997) comentam que a capacidade de troca catiônica de um solo
pode propiciar algumas interpretações a respeito de algumas características do mesmo,
como: grau de intemperismo, minerais argílicos constituintes e até expansividade.
De acordo com esses autores, valores de CTC elevados indicam solos pouco
intemperizados, enquanto que baixos valores de CTC indicam solos mais
80
intemperizados. É sugerido um valor de referência de 10 cmolc/Kg para distinguir
valores altos de CTC de valores baixos.
Esses autores mencionam que solos minerais com CTC maiores que 20
cmolc/Kg podem apresentar significante teor de montmorilonita, indicando, dessa
forma, solos expansivos.
Os resultados de CTC obtidos para as amostras naturais dos solos estudados
encontram-se expostos na Tabela 4.6.
Tabela 4.6: Análise química das amostras de solo Am-A e Am-B.
Solo
COMPLEXO SORTIVO
CTC
Ca
2
(meq/100g)
Mg
2
(meq/100g)
Na
(meq/100g)
K
(meq/100g)
S
(meq/100g
)
H
+
Al
3
(meq/100g)
CTC
(meq/100g)
Am-A
4,40
1,40
0,20
0,22
6,22
0,49
6,71
Am-B
1,40
1,10
0,09
0,31
2,90
2,80
5,70
De acordo com THOMÈ (2004), os íons Na
,
K
,
Ca
2
e
Mg
2
são
denominados de bases trocáveis e os íons
H
+
Al
3
são conhecidos por acidez
extraível. A soma das quantidades dos íons
Na
,
K
,
Ca
2
e
Mg
2
, em meq/100g,
presentes nas amostras dos solos ensaiados, foi denominada por S. Os resultados dos
valores de S encontrados para os solos Am-A e Am-B foram, respectivamente, 6,22
meq/100g e 2,90 meq/100g, como apresentado na Tabela 4.6.
A soma dos valores de S (bases trocáveis) e da acidez extraível, segundo
THOMÉ (2004), fornece o valor da CTC de um solo.
Os solos, Am-A e Am-B, apresentaram valores de CTC iguais a 6,71 meq/100g
e 5,70 meq/100g, respectivamente. Estes valores, de acordo com LOVATO (2004) apud
MITCHELL (1976), são característicos das caulinitas, uma vez que estas apresentam
uma capacidade de troca catiônica variando de 3 a 15 (meq/100g).
NÚÑEZ (1991) mencionou alguns relatos de EADES e GRIM (1960) a respeito
das reações entre os minerais argílicos dos solos e o hidróxido de cálcio contido na cal.
81
De acordo com esses relatos, a caulinita reage facilmente com a cal enquanto a ilita e a
montmorilonita exigem teores mais elevados deste estabilizante para poderem
proporcionar o início das reações nas misturas.
Através da realização de um difratograma de raios-X em misturas caulinita-cal,
EADES e GRIM (1960) mostraram a formação de silicato hidratado de cálcio em torno
de um núcleo de argilomineral e percebeu que o ataque do estabilizante à caulinita teve
início pelas arestas, proporcionado ganhos de resistência imediatos. Os autores
verificaram, ainda, que os ganhos de resistência, para os argilominerais ilita e
montmorilonita, ocorreram apenas após a saturação das camadas com íons cálcio e a
destruição do argilomineral.
Analisando-se as citações de EADES e GRIM (1960), constatou-se que a
presença de caulinita, nas partículas finas de um solo, é um fator positivo e desejável
para a obtenção de resultados de resistência satisfatórios em misturas de solo-cal.
Baseado nas informações mencionadas, anteriormente, neste item, verificou-se
que os dois solos analisados na pesquisa não apresentaram teores significantes de
montmorilonita, além de serem considerados intemperizados e pouco expansíveis.
Observou-se, também, que as duas amostras de solos apresentaram valores de CTC
condizentes com os valores de solos constituídos por caulinitas.
4.2.2.2. Atividade das Argilas (Tr)
Para a determinação da atividade das argilas (Tr) dos solos analisados,
utilizou-se a equação 4.1, citada por COUTO (2008), onde o valor de Tr foi definido em
função da CTC e do percentual das argilas presentes nos solos. De acordo com COUTO
(2008), solos com valores de Tr iguais ou maiores a 27 cmolc/Kg (ou meq/100g)
apresentam alta atividade de argilas, enquanto que, solos com valores de Tr inferiores
ao mencionado apresentam baixa atividade.
)
%
(100
ARGILA
CTC
Tr
(4.1)
A amostra de solo Am-A apresentou um valor de Tr de 25,35 cmolc/Kg,
enquanto que a amostra de solo Am-B apresentou um valor de Tr igual a 14,62
82
cmolc/Kg. Com base nesses valores há a indicação de que as argilas dos dois solos
analisados possuem atividade de média a baixa. Constatou-se, porém, que o valor de
CTC encontrado para a amostra de solo Am-A apresentou-se bem próximo do limite de
Tr, citado por COUTO (2008), acima do qual a argila desse material seria caracterizada
como de alta atividade.
4.2.2.3. Potencial Hidrogeniônico (pH)
De acordo com JACINTHO (2005), valores baixos de pH indicam a presença de
ácidos livres, enquanto que valores maiores indicam a presença de solos salinos ou
calcários. Segundo essa autora, um solo pode ser classificado, em função de seu pH,
como:
a) 5,5;
b) moderadamente ácido: 5,5 < pH < 6,4;
c) praticamente neutro: 6,5 < pH < 6,9
d) neutro: pH = 7,0;
e) alcalino: pH > 7.
Com base nesses valores e nos resultados de pH encontrados para as amostras
naturais de solos, apresentados na Tabela 4.7, verificou-se que a amostra Am-A pode
ser classificada como um solo ácido e a amostra Am-B como um solo praticamente
neutro.
Tabela 4.7: Valores de pH.
AMOSTRA DE SOLO
pH
Água
KCl
Am-A
6,8
5,5
-1,3
Am-B
4,5
3,7
-0,8
A Tabela 4.7 apresenta também os valores de ∆pH (∆pH = pH (KCl) pH (água))
encontrados para os dois solos analisados. JACINTHO (2005) menciona alguns relatos
de KIEHL (1979), que afirmam que um valor de ∆pH negativo indica a predominância
83
de argilas silicatadas no solo, enquanto que um ∆pH positivo está relacionado com a
predominância de óxidos de ferro e de alumínio.
Um valor de ∆pH negativo indica uma quantidade elevada de alumínio trocável
no solo, enquanto que um ∆pH positivo indica uma quantidade baixa (JACINTHO,
2005). Para as duas amostras de solos ensaiadas, verificou-se resultados de ∆pH
negativos indicando, dessa forma, solos com argilas silicatadas e com alumínios
trocáveis.
Os componentes de sílica e alumina livres, como mencionado anteriormente no
item 2.4.5 desse trabalho, e o citado por CARVALHO (1988), agem ativamente no
processo de estabilização das misturas de solo-cal. Portanto, a presença de tais
componentes nos solos estudados indica a possibilidade de melhoria nas propriedades
destes após a estabilização com a cal.
4.3. DOSAGEM DAS MISTURAS DE SOLO-CAL
4.3.1. Método de Eades e Grim (1966)
A dosagem das misturas de solo-cal, analisadas neste trabalho, foi realizada,
inicialmente, utilizando-se o método proposto por EADES e GRIM (1966) que é
baseado no valor do pH do conjunto solo, cal e água.
LITTLE (1999) comenta que um valor elevado de pH favorece, em um primeiro
momento, ao desenvolvimento das reações de troca de cátions e floculação,
responsáveis pela melhoria da trabalhabilidade das misturas de solo-cal. O autor
comenta, também, que a permanência de um valor elevado de pH favorece a ocorrência
das reações pozolânicas, responsáveis pelo ganho de resistência dessas misturas ao
longo do tempo.
De acordo com EADES e GRIM (1966), e como descrito anteriormente no
subitem 3.4.3 do capítulo 3, a mais baixa porcentagem da cal que conferir a mistura
solo-cal um pH = 12,4, após uma hora da realização da mistura, é a requerida para
estabilizar o solo. Os mesmos autores comentam que se o valor de pH encontrado para
as amostras estabilizadas não ultrapassar 12,3, a mais baixa porcentagem da cal que
84
proporcionar a mistura esse valor será a necessária para estabilizar o solo, caso seja
adicionado mais 2% de aditivo (à amostra) e esta leitura permaneça inalterada.
Nesta pesquisa, foram realizados ensaios de pH para as amostras de solo
modificadas ou estabilizadas pela cal nos teores de 1%, 3%, 5%, 7% e 9%.
Os valores de pH foram medidos após uma hora e após sete dias da preparação
das misturas. A realização destes ensaios para um período de cura mais longo (7 dias),
se deu ao fato de nenhuma das amostras de solo-cal analisadas ter apresentado
resultados de pH superior ou igual a 12,3, quando ensaiadas após 1 hora da realização
das misturas.
Decidiu-se, dessa forma, verificar a influência da cura nas amostras, observando
se esta apresentava-se de forma benéfica ou não para a ocorrência das reações entre a
cal e o solo. Os resultados de pH obtidos para as misturas estabilizadas encontram-se
expostos na Tabela 4.8.
Tabela 4.8: Valores de pH (método de EADES e GRIM, 1966).
TEOR DE
CAL (%)
pH (Am-A)
pH (Am-B)
0 DIA DE CURA
7 DIAS DE CURA
0 DIA DE CURA
7 DIAS DE CURA
1%
10,70
11,17
10,36
10,58
3%
11,90
12,12
11,55
11,62
5%
12,00
12,14
11,80
11,89
7%
12,00
12,32
11,82
11,89
9%
11,93
12,47
11,86
11,96
As Figuras 4.3 e 4.4 apresentam a evolução dos valores de pH, para as misturas
de solo-cal, nos cinco teores de estabilizante testados e para os dois períodos de cura
analisados.
85
Figura 4.3: Variação do pH com o teor de
cal e tempo de cura
(Am-A).
Figura 4.4: Variação do pH com o teor de
cal e tempo de cura
(Am-B).
Nesta pesquisa, verificou-se que todas as misturas de solo-cal analisadas
apresentaram valores elevados de pH. Os resultados encontrados para os solos naturais,
inicialmente em 6,8 (Am-A) e 4,5 (Am-B), passaram para 10,70 (Am-A) e 10,36
(Am-B) com apenas a adição de 1% de cal, após a realização das leituras iniciais
ocorridas uma hora depois da preparação das misturas. As amostras de solos naturais
saíram de uma condição de pH ácido (Am-B) e praticamente neutro (Am-A) para uma
alcalina (pH > 7).
Observou-se, que após um período de cura de 7 dias as leituras de pH das
misturas de solo-cal permaneceram elevadas e sofreram um pequeno aumento em seus
valores, chegando até mesmo a atingir um valor de pH superior a 12,4 (Figura 4.3) para
a mistura de solo Am-A com 9% de cal.
É importante ressaltar que à medida que o teor da cal foi aumentado nas
misturas, para ambos os períodos de cura, obteve-se, de um modo geral, valores maiores
de pH para amostras.
86
Contudo, analisando-se os resultados apresentados na Tabela 4.8 e nas Figuras
4.3 e 4.4, verificou-se que as leituras de pH, obtidas após uma hora da mistura da cal ao
solos, não chegaram a atingir nem mesmo o valor de 12,3. Dessa forma, utilizando-se
como parâmetro apenas o método de dosagem de EADES e GRIM (1966), não se pôde
concluir qual o teor ótimo de cal necessário para se estabilizar os solos estudados.
Porém, como mencionado anteriormente no subitem 3.4.3, esse método de
dosagem apresenta limitações quando utilizado na análise de estabilização de solos
tropicais. Além disso, é importante mencionar que o valor de pH estabelecido por
EADES e GRIM (1966) como uma referência para a determinação da porcentagem
ideal de cal na estabilização de solos, foi determinado em função do índice de
plasticidade. Buscava-se que as misturas solo-cal apresentassem plasticidade nula, ou
seja, fossem caracterizadas como não-plásticas (NP). Porém, os autores também
verificaram que para este mesmo valor de pH (12,4) nem sempre as misturas de solo-cal
apresentavam melhores resultados nos ensaios referentes à sua capacidade de suporte.
NÚÑEZ (1991), após analisar o processo de estabilização físico-químico de um
solo residual de arenito Botucatu, obteve resultados de pH superiores a 12,4 com a
adição de apenas 2% de cal. Contudo, o autor verificou, durante a tentativa de
realização dos ensaios de RCS, que corpos de prova de solo com 2%, 3%, 5%, 7% e 9%
da cal, após 7 dias de cura, se desintegraram imediatamente ao serem imersos em água.
NÚÑEZ (1991) verificou, então, a impropriedade do método de pH, proposto por
EADES e GRIM (1966), na dosagem da sua amostra de solo.
THOMÉ (1994), em sua dissertação, também observou a impropriedade do
referido método para os materiais estudados, ao determinar o teor ótimo de um solo
(caracterizado como Gley Húmico) tratado com a cal. O valor indicado pelo método, na
ocasião, forneceu como teor ótimo de estabilizante uma porcentagem de 9% e essa
amostra apresentou melhorias apenas nos índices de consistência do material, não
cimentando as partículas como esperado.
Dessa forma, verificando-se estas referências bibliográficas, pressupõe-se que
nem sempre se deve analisar uma mistura de solo-cal como reativa apenas quando esta
apresentar um valor de pH igual 12,4, principalmente quando o solo analisado for
originário de regiões com climas tropicais e/ou subtropicais. Contudo, esse valor é uma
87
boa referência e caso um solo tratado pela cal atinja este patamar de pH tem-se um
indício, em muitas ocasiões, que aquela mistura irá reagir de maneira satisfatória.
A fim de explicar melhor a importância do valor de pH em uma mistura de
solo-cal durante o processo de estabilização, CASTRO (1981) apud THOMÉ (1994)
considerou cinco faixas distintas para esse parâmetro:
a) pH < 4,0 ocorre nessa faixa, essencialmente, a troca iônica da maior
parte do íon H
e, também, de alguns cátions;
solo . 2X + Ca
2
Ca + 2X
(4.2)
solo . Y + Ca
2
Y
2
(4.3)
Onde: X = Na, K, H, NH
4
e Y = Mg, Ba.
b) 4,0 < pH < 5,6 nessa faixa, o Al
3
trocável é neutralizado e pequena
parte do H
, dependente do pH, é deslocado;
solo . 2Al + 3Ca
2
3Ca + 2Al
3
(4.4)
c) 5,6 < pH < 7,6 nessa faixa ocorre o início da reação de polímeros
terminais de hidroxi-alumina (-AlOH
2
);
solo . (AlOH
2
)
2/1
AlOH)
2/1
+ H
(4.5)
4 solo . (AlOH)
2/1
+ Ca
2
(AlOH
2
)
2/1
] Ca (4.6)
solo . (AlOH)
2/1
+ 1/2Ca
2
1/2Ca + AlOH
2
(4.7)
[solo . AlOH
2
]X + X OH
Al (OH)
3
]X (4.8)
d) 7,6 < pH < 10,0 nessa faixa os grupamentos silanol começam a reagir;
SiO
+ H
(4.9)
88
OH O
Si + Ca
2
Si Ca + 2H
(4.10)
OH O
Si OH
+ Ca
2
(4.11)
Si OH
e) pH > 10 esta faixa comporta o início das reações conhecidas por
pozolânicas, mencionadas anteriormente no subitem 2.3.4 do capítulo 2;
Caulinita + CaO + H
2
CSH + CAH + CASH (4.12)
Montmorilonita + CaO + H
2
CSH (gel) e CSH (I) (4.13)
Mineral argiloso + CaO + H
2
CSH (gel) + CSH (I) + C
4
AH
13
+
C
3
AH
6
(4.14)
Sendo: C =
CaO
; S =
2
SiO
; A =
32
OAl
; H =
OH
2
.
CSH: Silicato Hidratado de Cálcio;
CAH: Aluminato Hidratado de Cálcio;
CSAH: Sílico-Aluminato Hidratado de Cálcio.
Verificando-se as faixas de pH descritas e os valores apresentados na Tabela 4.8,
constatou-se que todas as misturas de solo-cal, estudadas neste trabalho, apresentaram-
se na faixa de pH >10, onde dá-se início a ocorrência das reações pozolânicas. Esse fato
é interessante e mostra que levando-se em conta apenas os resultados de pH para estas
amostras, e as faixas deste parâmetro mencionadas por THOMÉ (1994) apud CASTRO
(1981), pode-se concluir que ambos os solos apresentaram condições favoráveis para o
desenvolvimento das reações responsáveis pela melhoria das características mecânicas
das misturas, após a adição da cal.
89
4.3.2. Método de Thompson (1966)
O outro método de dosagem utilizado nesta pesquisa para determinação do teor
ótimo da cal foi o proposto por THOMPSON (1966) e adotado por NUNEZ (1991) e
LOVATO (2004). Este método, diferentemente do método do pH de EADES e GRIM
(1966), considera como um solo reativo à cal aquele que apresenta um incremento de
resistência à compressão simples de pelo menos 345 kN/m² (0,345 MPa) após 28 dias
de cura (a 22,8°C) e uma imersão prévia de 24 horas em água antes da ruptura.
Foram ensaiadas amostras de solo natural (Am-A e Am-B) e amostras de solo
tratadas pela cal nos teores de 3%, 5%, 7% e 9%, empregando-se processos de misturas
diferentes (cal em pó e cal em pasta). Os resultados obtidos para as amostras de solo-cal
encontram-se expostos na Tabela 4.9 e nas Figuras 4.5 e 4.6.
Tabela 4.9: Método de THOMPSON (1966) RCS aos 28 dias (MPa e kNm²).
AMOSTRA
PÓ
PASTA
Am-A
3%
5%
7%
9%
3%
5%
7%
9%
RCS (kN/m²)
830,08
1240,12
1170,12
850,08
870,09
470,05
890,09
1020,10
RCS (MPa)
0,83
1,24
1,17
0,85
0,87
0,47
0,89
1,02
Am-B
3%
5%
7%
9%
3%
5%
7%
9%
RCS (kN/m²)
210,02
296,03
260,03
230,02
200,02
380,04
270,03
250,02
RCS (MPa)
0,21
0,29
0,26
0,23
0,20
0,38
0,27
0,25
Figura 4.5: Dosagem Thompson (Solo
Am-A).
Figura 4.6: Dosagem Thompson
(Solo Am-B).
0,345 MPa
0,345 MPa
90
A amostra de solo natural Am-A apresentou um valor de resistência à
compressão simples (RCS) de 226,58 kN/m² sem imersão prévia e não resistiu à
imersão em água, de 24 horas, antes da realização do ensaio. Essa mesma amostra, após
ser tratada pela cal, atendeu o critério de THOMPSON (1966) com a adição de apenas
3% do estabilizante para ambas as técnicas estudadas (cal em pó e cal em pasta),
apresentando um ganho de resistência superior a 345 kN/m² (ver Tabela 4.3) aos 28 dias
de cura. Dessa forma, de acordo com este método o teor ótimo de cal para estabilização
da amostra de solo Am-A é de 3%.
Já a amostra de solo natural Am-B apresentou um valor RCS de 164,26 kN/m²
sem imersão prévia e também não resistiu à imersão em água, de 24 horas, antes da
realização do ensaio. Para essa amostra de solo, o teor ótimo de cal obtido através do
método de dosagem de THOMPSON (1966) foi de 5%, quando utilizada a forma de
aplicação da cal em pasta. Já para as amostras ensaiadas com a cal em pó, não foi
encontrado nenhum valor que apresentasse um acréscimo de RCS superior a 345 kN/m²
(após 28 dias de cura) quando comparado com o obtido para o solo natural (Am-B).
No entanto, mesmo se verificando que o critério de dosagem proposto por
THOMPSON (1966) não foi atendido para as misturas de solo Am-B com cal (em pó),
percebeu-se que essa técnica melhorou profundamente as propriedades mecânicas deste
material. O estabilizante proporcionou um aumento de 296,03 kN/m² ao referido solo
(após o período de cura e de imersão mencionados anteriormente), considerando o fato
da amostra natural deste não ter apresentado nenhuma resistência depois de ter sido
imersa em água (por 24 horas), sendo completamente desintegrada.
Com relação ao efeito da forma de aplicação da cal nos resultados de RCS
obtidos verificou-se, de um modo geral, uma melhor aplicabilidade da técnica cal em pó
na estabilização da amostra de solo Am-A e uma melhor aplicabilidade da técnica cal
em pasta na estabilização da amostra de solo Am-B. Constatou-se, também, que as
maiores discrepâncias ocorridas nos valores de resistência, em função da forma de
aplicação do estabilizante, foram verificadas para as misturas de solo com 5% de cal.
Desconhece-se a razão da discrepância nos valores de RCS dessas misturas, não se
podendo estabelecer parâmetros mais eficazes do comportamento dessas amostras
devido a pequena quantidade de corpos de prova ensaiados.
91
4.4. LIMITES DE ATTERBERG PARA AS MISTURAS DE SOLO-CAL
Os resultados dos limites de Atterberg encontrados para as amostras de solo,
Am-A e Am-B, em seu estado natural e após a adição da cal nos teores de 3%, 5% e
7%, em relação ao peso seco de solo, encontram-se expostos nas Tabelas 4.10 e 4.11.
Foram analisados nesses ensaios os dois métodos de aplicação da cal (em pó e em pasta)
estudados na pesquisa.
Tabela 4.10: Limites de Atterberg para as misturas de solo natural e solo-cal (Am-A).
LIMITES DE
CONSISTÊNCIA
SOLO NATURAL
(Am-A)
SOLO-CAL (PÓ)
SOLO-CAL (PASTA)
3%
5%
7%
3%
5%
7%
LL (%)
29,00
NL
NL
NL
NL
NL
NL
LP (%)
18,00
NP
NP
NP
NP
NP
NP
IP (%)
11,00
NP
NP
NP
NP
NP
NP
Tabela 4.11: Limites de Atterberg para as misturas de solo natural e solo-cal (Am-B).
LIMITES DE
CONSISTÊNCIA
SOLO NATURAL
(Am-B)
SOLO-CAL (PÓ)
SOLO-CAL (PASTA)
3%
5%
7%
3%
5%
7%
LL (%)
22,00
26,00
26,00
27,00
25,00
25,00
24,00
LP (%)
15,41
21,64
20,96
21,32
21,16
19,93
21,08
IP (%)
6,59
4,36
5,04
5,68
3,84
5,07
2,94
4.4.1. Amostra Am-A
Analisando-se os resultados apresentados na Tabela 4.10, referentes ao solo Am-
A e suas misturas com a cal, verifica-se que a amostra natural de solo apresentou os
seguinte valores para os limites de consistência: LL = 29%, LP = 18% e IP = 11%,
extrapolando os limites de LL = 25% e IP = 6% estabelecidos pelo DNIT (2006). Já as
misturas de solo-cal apresentaram, em sua totalidade, uma condição de não plástica e de
não líquida em todos os teores de cal aplicados.
Com relação à forma de aplicação da cal, para essa amostra de solo,
constatou-se que não houve diferença nos resultados dos limites de consistência para as
misturas estabilizadas.
4.4.2. Amostra Am-B
Os resultados apresentados na Tabela 4.11, referentes ao solo Am-B e suas
misturas com a cal, indicam que os IPs das misturas de solo-cal, para ambas as formas
de aplicação do estabilizante, forneceram valores um pouco inferiores ao encontrado
92
para a amostra de solo natural. Verificou-se que todos os valores de IP obtidos para
essas misturas apresentaram-se inferiores a 6%, ou seja, todos atenderam ao limite
máximo de IP, estabelecido pelas especificações do DNIT (2006), para serem
qualificados como materiais aptos ao uso em camadas de base e sub-base de pavimentos
rodoviários. Contudo, apenas uma das misturas (cal em pasta, no teor de 7%)
apresentou um valor de LL < 25%. Entretanto, esses valores são levemente superiores
aos estabelecidos nas normas e sabe-se, também, que pode haver problemas
relacionados à repetibilidade e reprocidade desses ensaios.
Com relação à forma de aplicação da cal nas misturas ensaiadas com o solo
Am-B, constatou-se que os resultados dos limites de consistência das amostras tratadas
com cal em pó apresentaram valores bem parecidos com os encontrados para as
misturas tratadas com cal em pasta.
4.4.3. Efeitos da Cal nos Limites de Consistência dos Solos Estudados
NÚÑEZ (1991), ao analisar os limites de consistência para um solo arenoso
pouco plástico, observou um ligeiro aumento no valor de LL desse material. O autor
creditou esse fato à baixa atividade físico-química do solo e a baixa quantidade de argila
coloidal. Valem destacar ainda alguns relatos de THOMÉ (1994), que mencionam que
solos com baixa plasticidade e pouco expansivos, apresentam um aumento nos valores
de LL e IP quando misturados com a cal. Percebeu-se que as características do material
citado pelo referido autor podem ser encontradas na amostra de solo Am-B.
Acredita-se que o aumento nos valores dos LL encontrados para as misturas do
solo Am-B com cal deve-se, dentre outros fatores, à baixa atividade das argilas
constituintes desse material e à composição dos cátions trocáveis presentes no mesmo.
Além disso, ressalta-se que este solo é pouco expansivo.
Com relação à forma de aplicação da cal, verificou-se que ambas as técnicas
proporcionaram resultados de LL, LP e IP bastante similares, para quase todas as
misturas analisadas.
Notou-se, porém, que a adição da cal à amostra de solo Am-A reduziu por
completo a plasticidade desse material. Enquanto isso, percebeu-se que a adição desse
93
estabilizante a amostra de solo Am-B aumentou os valores de LL e LP do mesmo e
pouco reduziu os valores de IP.
Por fim, pôde-se concluir, de um modo geral, que a adição da cal aos solos
estudados reduziu, ou anulou, os IPs das misturas estabilizadas, melhorando a
trabalhabilidade destas quando comparadas as amostras dos solos naturais.
4.5. CARACTERÍSTICAS DA COMPACTAÇÃO
As Tabelas 4.12 e 4.13 apresentam o resumo dos resultados obtidos nos ensaios
de compactação, na energia intermediária, para as amostras de solo Am-A e Am-B, em
seu estado natural e tratadas pela cal nos teores de 3%, 5% e 7% . Enquanto que as
Figuras 4.7, 4.8, 4.9 e 4.10 apresentam as curvas de compactação para essas amostras.
Tabela 4.12: Resultados da compactação na energia intermediária (amostra Am-A).
RESULTADOS
AMOSTRA Am-A
Solo
Natural
Pó
(3%)
Pó
(5%)
Pó
(7%)
Pasta
(3%)
Pasta
(5%)
Pasta
(7%)
Umidade Ótima (%)
14,00
15,52
15,60
16,40
15,40
15,80
16,80
Massa Específica Aparente
Seca Máxima (g/cm³)
1,93
1,92
1,86
1,85
1,85
1,84
1,81
Tabela 4.13: Resultados da compactação na energia intermediária (amostra Am-B).
RESULTADOS
AMOSTRA Am-B
Solo
Natural
Pó
(3%)
Pó
(5%)
Pó
(7%)
Pasta
(3%)
Pasta
(5%)
Pasta
(7%)
Umidade Ótima (%)
10,50
13,40
13,60
14,00
13,30
13,60
13,80
Massa Específica Aparente
Seca Máxima (g/cm³)
1,98
1,87
1,83
1,82
1,94
1,89
1,87
Figura 4.7: Curvas de compactação (solo Am-A e misturas de solo mais cal em pó).
94
Figura 4.8: Curvas de compactação (solo Am-A e misturas de solo mais cal em pasta).
Figura 4.9: Curvas de compactação (solo Am-B e misturas de solo mais cal em pó).
95
Figura 4.10: Curvas de compactação (solo Am-B e misturas de solo mais cal em pasta).
Analisando-se os resultados obtidos para as amostras de solo natural e de solo-
cal, para ambos os solos ensaiados (Am-A e Am-B) e técnicas investigadas (pó e pasta),
percebeu-se, de forma geral, que os valores encontrados da massa específica seca
máxima para as amostras de solo tratado com cal foram inferiores ao da massa
específica seca máxima obtida com o solo natural (sem estabilizante). Enquanto que os
valores da umidade ótima das amostras de solo-cal cresceram em relação à umidade
ótima da amostra de solo natural, à medida que o teor da cal adicionado na mistura foi
aumentado.
LOVATO (2004) obteve resultados similares aos apresentados nas Tabelas 4.12
e 4.13, quando analisou os efeitos da cal na estabilização de um solo laterítico do Rio
Grande do Sul. Na ocasião, o autor explicou, após consultar a bibliografia de
SIVAPULLAIAH et. al. (1998), que a massa específica seca máxima das misturas de
solo cal eram inferiores ao da massa específica do solo natural e que as umidades ótimas
das misturas de solo-cal eram mais elevadas que a umidade ótima da amostra de solo
natural, pelo fato das partículas de solo se tornarem mais floculadas quando da adição
desse estabilizante.
LOVATO (2004) comentou, ainda, que à medida que uma mistura tornava-se
mais floculada, aumentava-se o índice de vazios no interior desta e, dessa forma, seria
necessária uma maior quantidade de água para preenchê-los, resultando em uma
umidade ótima maior e em uma massa específica seca máxima menor. O autor
96
mencionou que esse fato só era possível devido à estrutura floculada (formada pelo
solo, pela cal e pela água) ser forte o suficiente para resistir à compactação com um
índice de vazios mais alto, reduzindo assim a massa específica seca máxima do solo.
ANGELIM (2005), assim como LOVATO (2004), também obteve resultados de
compactação parecidos com os encontrados nesta pesquisa. Contudo, esse autor,
diferentemente do outro, analisou os efeitos para dois tipos de técnicas de estabilização
de solo com a cal, assim como feito neste trabalho. A primeira delas utilizando-se a cal
em pó e a outra utilizando-se a cal diluída na água de compactação (cal em pasta).
ANGELIM (2005), à época, mencionou que a cal hidratada é ávida por água e
que esta possui uma propriedade de retenção de água bastante elevada. Na discussão
dos resultados dos ensaios de compactação obtidos para as amostras de solo-cal, o autor
comentou que os valores de umidade ótima obtidas para estas eram maiores que os da
amostra de solo natural devido às partículas de cal (que substituíam uma parte das
partículas de solo) apresentarem uma massa específica inferior aos das partículas de
solo.
Os valores encontrados por ANGELIM (2005), referentes aos ensaios de
granulometria e compactação (na energia intermediária) das amostras de solo natural e
tratadas pela cal encontram-se expostos nas Tabelas 4.14 e 4.15.
Tabela 4.14: Distribuição Granulometrica
AMOSTRA
SOLO
NATURAL
SOLO-CAL
3%
SOLO-CAL
6%
SOLO-CAL
3%
SOLO-CAL
6%
Modo de
adição da cal
Sem adição
Em pó
Em pó
Diluída
Diluída
Abertura (mm)
Peneiramento (% que passa)
4,76 (nº 4)
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
2,00 (nº 10)
99,10
99,30
99,00
99,90
99,90
0,42 (nº 40)
92,90
91,60
92,10
93,50
92,70
0,15 (nº 100)
77,20
74,00
71,40
76,30
75,90
0,075 (nº 200)
62,60
57,10
52,70
59,40
58,90
Dimensão
(mm)
Sedimentação (% que passa)
0,037
49,50
46,60
38,40
50,20
45,10
0,019
46,70
41,80
34,50
46,90
38,70
0,009
45,50
37,60
29,00
44,40
33,90
0,005
41,50
31,40
23,50
37,50
28,10
0,002
37,00
26,30
18,60
29,30
20,50
Fonte: ANGELIM (2005)
97
Tabela 4.15: Ensaio de Compactação (energia intermediária).
AMOSTRA
Solo
Natural
Solo-Cal
3%
Solo-Cal
6%
Solo-Cal
3%
Solo-Cal
6%
Modo de adição da cal
Sem adição
Em pó
Em pó
Diluída
Diluída
Massa Específica Aparente
Seca Máxima (g/cm³)
1,750
1,680
1,616
1,716
1,656
Umidade Ótima (%)
18,60
20,80
21,70
20,20
20,90
Fonte: ANGELIM (2005)
É importante notar, ao se analisar os valores encontrados por este autor no
ensaio de granulometria das amostras, que as misturas de solo-cal (pó) apresentaram
uma quantidade de finos inferior aos obtidos para as misturas de solo-cal (pasta). Este
fato é interessante, uma vez que as misturas de solo-cal (pasta) apresentaram valores de
massa específica aparente seca máxima superiores aos obtidos para as amostras de solo-
cal (pó) e valores de umidade ótima inferiores. Isso mostra que as misturas tratadas pela
cal em pasta possuíam uma menor quantidade de vazios e, conseqüentemente, exigiram
uma menor quantidade de água para preenchê-los.
Assim como nos resultados obtidos por ANGELIM (2005), a amostra Am-B
apresentou, de um modo geral, valores de massa específica aparente seca máxima
maiores e de umidade ótima menores para as misturas de solo-cal (pasta) quando
comparadas com as misturas de solo com cal em pó (Figura 4.12). Já para as misturas
de solo Am-A com cal, percebeu-se que os valores de massa especifica seca máxima
obtidos para as amostras ensaiadas com cal em pó foram maiores do que os encontrados
para as misturas ensaiadas com cal em pasta, enquanto que os de umidade ótima foram
menores (Figura 4.11).
Figura 4.11: Resultados do ensaio de compactação em função do teor de cal (amostra
Am-A).
98
Figura 4.12: Resultados do ensaio de compactação em função do teor de cal (amostra
Am-B).
Esse fato pode ter ocorrido pela própria distribuição granulométrica apresentada
pela amostra Am-A, de tal modo que as misturas com cal em pó tenham apresentado
um índice de vazios inferior ao encontrado para as misturas com cal em pasta, após o
processo de homogeneização. Vale ressaltar que, durante a preparação das misturas de
solo-cal (pasta), ensaiadas com a amostra de solo (Am-A), verificou-se a formação
elevada de grumos, não constatada durante a aplicação da outra técnica investigada (cal
em pó).
Com relação aos efeitos na variação da energia de compactação, foram
realizados para as misturas de solo Am-A com cal (pó e pasta), ensaios na energia
Proctor normal a fim de averiguar os efeitos desta nos resultados gerados (Tabela 4.16)
e, posteriormente, comparar com os obtidos na energia Proctor intermediária.
As Figuras 4.13 e 4.14 fazem um comparativo entre os resultados, de massa
específica aparente seca máxima e umidade ótima, respectivamente, para as misturas de
solo Am-A estabilizadas, ensaiadas nas duas energias de compactação (normal e
intermediária) analisadas.
Tabela 4.16: Resultados do ensaio de compactação na energia normal: amostra Am-A.
RESULTADOS
AMOSTRA Am-A
Solo
Natural
Pó
(3%)
Pó
(5%)
Pó
(7%)
Pasta
(3%)
Pasta
(5%)
Pasta
(7%)
Umidade Ótima (%)
16,40
16,60
17,15
17,80
17,00
17,50
18,60
Massa Específica Aparente Seca
Máxima (g/cm³)
1,84
1,83
1,79
1,74
1,79
1,77
1,73
99
Figura 4.13: Comparativo entre os resultados de massa específica aparente seca
máxima para as misturas estabilizadas (amostra Am-A).
Figura 4.14: Comparativo entre os resultados de umidade ótima para as misturas
estabilizadas (amostra Am-A).
Analisando-se as curvas apresentados nas Figuras 4.13 e 4.14 percebe-se que os
resultados de massa específica aparente seca máxima são mais altos para as misturas
compactadas na energia intermediária. Enquanto que os valores da umidade ótima
encontrada para misturas compactadas na energia normal, são superiores aos
encontrados para as misturas compactadas na energia intermediária, como esperado.
Esse fato pode ser explicado levando-se em conta o índice de vazios presentes
em cada mistura. Quando uma amostra qualquer é compactada na energia intermediária
esta irá apresentar um índice de vazios inferior a de uma amostra semelhante
compactada na energia normal. Dessa forma, a amostra que apresentou um índice de
vazios mais alto necessitaria de uma maior quantidade de água para preenchê-los,
100
resultando em uma umidade ótima maior e em uma massa específica seca máxima
menor.
4.6. ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (ISC)
Na análise de materiais estabilizados, os valores de resistência à compressão
simples são utilizados no método de dimensionamento empírico de camadas de
pavimentos. Decidiu-se realizar os ensaios de Índice de Suporte California - ISC, para
as amostras de solo estabilizadas, com o intuito apenas de verificar os incrementos nos
valores da capacidade de suporte ocorridos após a realização das misturas do aditivo aos
solos.
A Tabela 4.17 apresenta os valores do ISC obtidos para as amostras naturais de
solo, Am-A e Am-B, e para as amostras estabilizadas ou modificadas quimicamente
pela cal nos teores de 3%, 5% e 7%, compactadas na energia Proctor intermediária.
Já as Figuras 4.15 e 4.16, apresentam as curvas de ISC versus teor de cal para as
misturas dos solos Am-A e Am-B estabilizadas, respectivamente, referentes aos valores
expostos na Tabela 4.17.
Tabela 4.17: Valores de ISC das amostras analisadas (energia intermediária).
AMOSTRA
TEOR DE CAL (%)
ÍNDICE DE SUPORTE
CALFÓRNIA (%)
Cal em Pó
Cal em Pasta
Am-A
0%
4,00
4,00
3%
34,72
32,94
5%
65,29
76,96
7%
60,41
76,38
Am-B
0%
17,62
17,62
3%
39,58
19,08
5%
32,33
34,55
7%
32,20
21,97
101
Figura 4.15: Evolução do ISC com o teor
da cal para a amostra Am-A.
Figura 4.16: Evolução do ISC com o teor
da cal para a amostra Am-B.
Com base nos resultados apresentados nas Figuras 4.15 e 4.16, verifica-se uma
discrepância nos valores de ISC entre as misturas de solo Am-B mais 3% cal em pó e de
solo Am-B mais 3% cal em pasta. Desconhece-se a razão da diferença entre esses
valores. Tem-se, porém, o conhecimento, de acordo com algumas bibliografias, como a
de BERNUCCI (1995) e a de BARROSO (2002), que o ensaio de CBR pode resultar
em grandes dispersões de resultados, principalmente quando realizados por operadores
diferentes e em laboratórios distintos.
Com relação à influência do teor de estabilizante nas misturas, observou-se que
teores maiores que 5% de cal não provocaram acréscimos adicionais na capacidade de
suporte destas. Esse fato foi verificado para as duas amostras de solo estabilizadas e
para as duas formas de aplicação da cal investigadas (cal em pó e cal em pasta).
De acordo com NÚÑEZ (1991), a explicação para esse comportamento é o fato
da melhoria do CBR das amostras de solos, estabilizados quimicamente pela cal e não
curadas, ocorrer devido à troca catiônica e à floculação. Esse autor comenta que a baixa
capacidade de troca catiônica (CTC) faz com que pequenos teores (como de 3% a 5%)
satisfaçam apenas a afinidade da cal pelo solo, enquanto que a cal em excesso (acima de
5%, por exemplo) é consumida em reações pozolânicas, que não ocorrem de imediato e
102
não se iniciam durante o período de 96 horas de imersão, a que são submetidos os
corpos de prova durante o ensaio de ISC.
É importante destacar ainda que a técnica de estabilização utilizando-se cal em
pasta apresentou resultados melhores do que os obtidos com a adição da cal em pó,
quando misturadas a amostra de solo Am-A. O mesmo não aconteceu nos resultados
obtidos para as amostras de solo Am-B estabilizadas com cal.
Acredita-se, porém, que a adição de cal em pasta ao solo acelere mais a
ocorrência das reações de troca de cátions e floculação quando comparado com a
aplicação da cal em pó, devido às reações químicas entre um fluido (pasta) e um sólido
(solo) se processarem de maneira mais rápida do que as reações entre um sólido (solo) e
outro sólido (cal em pó). No entanto, isto é apenas uma hipótese e seria interessante que
este fato fosse melhor analisado em pesquisas futuras, mesmo por não ter sido
observado resultados de ISC mais elevados para a amostra de solo Am-B tratada pela
cal em pasta.
Vale destacar, o trabalho realizado por ANGELIM (2005), onde foi estudado o
processo de estabilização de um solo fino laterítico com a adição da cal em pó e cal em
pasta. O autor observou a influência positiva da adição da cal diluída na água de
compactação, no que diz respeito ao aumento do valor de ISC. Os resultados de CBR
encontrados por ANGELIM (2005) encontram-se expostos na Tabela 4.18.
Tabela 4.18: Resultados de ISC obtidos por ANGELIM (2005).
RESULTADO
AMOSTRA
Solo
Natural
Cal em Pó
(3%)
Cal em Pó
(6%)
Cal em Pasta
(3%)
Cal em Pasta
(6%)
CBR (%)
16,00
31,00
37,00
49,00
92,00
Analisando-se os valores contidos nessa Tabela, percebeu-se que, assim como
para a amostra de solo Am-A, analisada nesta pesquisa, os resultados obtidos por
ANGELIM (2005) apresentaram resultados de ISC mais elevados para as misturas
estabilizadas pela cal em pasta.
Quanto ao tipo de energia de compactação aplicada às misturas estabilizadas,
verificou-se que os valores de ISC obtidos após a ruptura das misturas de solo Am-A
com cal (em pó e pasta), ensaiadas na energia Proctor normal (Tabela 4.19),
103
apresentaram valores bem inferiores aos encontrados para as misturas de solo Am-A
com cal, compactadas na energia Proctor intermediária. A Figura 4.17 apresenta um
comparativo entre esses resultados.
Tabela 4.19: Valores de ISC para a amostra Am-A (energia normal).
AMOSTRA
TEOR DE CAL (%)
ÍNDICE DE SUPORTE
CALFÓRNIA (%)
Cal em Pó
Cal em Pasta
Am-A
0%
3,00
3,00
3%
13,45
14,40
5%
19,73
22,73
7%
18,59
29,59
Figura 4.17: Comparativo entre os valores de ISC quanto ao tipo de energia de
compactação aplicada (amostra Am-A).
Com base nos resultados apresentados nestas figuras, observou-se a influência
do tipo de energia de compactação nos valores de ISC das misturas de
solo-cal. Contudo, é sabido que uma maior energia de compactação representa, na
prática, maiores custos com equipamentos e pessoal.
Pode-se concluir que as duas amostras de solo analisadas apresentaram, de um
modo geral, uma melhoria em suas capacidades de suporte após serem tratadas pela cal.
A amostra Am-A, no entanto, apresentou melhores resultados que os obtidos para a
amostra Am-B após o processo de estabilização.
4.7. EXPANSÃO
Os valores da expansão obtidos para as amostras naturais dos solos analisados
não foram elevados, sendo encontrados resultados inferiores aos citados na Tabela 4.3,
exposta no item 4.1 desse trabalho. Mesmo assim, verificou-se que, após a adição da cal
104
(em pasta e em pó) aos solos estudados, as misturas estabilizadas apresentaram uma
redução da expansão à medida que uma maior quantidade de estabilizante foi
adicionada a amostra ensaiada.
A Tabela 4.20 mostra os resultados de expansão obtidos para todas as misturas
estabilizadas analisadas neste trabalho.
Tabela 4.20: Valores de expansão encontrados para as misturas de solo-cal.
AMOSTRA
TEOR DE CAL (%)
EXPANSÃO (%)
Cal em Pó
Cal em Pasta
Am-A
0%
0,21
0,21
3%
0,03
0,04
5%
0,02
0,01
7%
0,00
0,00
Am-B
0%
0,03
0,03
3%
0,00
0,00
5%
0,00
0,00
7%
0,00
0,00
Para a amostra de solo Am-A verificou-se uma redução na expansão de 0,21%
para 0,03% com a adição de apenas 3% de cal (em pó), após esta mistura ser
compactada na energia Proctor intermediária. Esses valores continuaram a cair com o
aumento da porcentagem de cal adicionada ao solo até atingir um valor nulo, ou seja,
até a mistura estabilizada não expandir mais.
Foram encontrados para as amostras ensaiadas com 5% e 7% de cal em pó
valores de expansão iguais a 0,02% e 0,00%. Para as misturas ensaiadas com cal em
pasta foram obtidos valores bem parecidos, sendo encontrados resultados de expansão
de 0,04% para a amostra ensaiada com 3% de cal , de 0,01% para a amostra ensaiada
com 5% e de 0,00% para a amostra ensaiada com 7% de cal.
Já a amostra de solo Am-B, apresentou uma redução de expansão de 0,03% para
0,00% após a adição da cal nos três teores analisados (3%, 5% e 7%), para as duas
formas de aplicação desse estabilizante estudadas (cal em pó e cal em pasta).
Com relação à variação da energia de compactação, verificou-se que as amostras
de solo Am-A ensaiadas com cal (em pó e em pasta) e compactadas na energia Proctor
normal apresentaram, de um modo geral, valores de expansão um pouco mais elevados
que os das misturas ensaiadas na energia de compactação Proctor intermediária. Os
105
valores de expansão encontrados para as misturas de solo-cal, ensaiadas na energia
normal, foram de: 0,04% para as amostras ensaiadas com 3% e 5% de cal em pó, 0,00%
para a amostra ensaiada com 7% de cal em pó, 0,05% para a amostra ensaiada com 3%
de cal em pasta, 0,02% para a amostra ensaiada com 5% de cal em pasta e 0,00% para a
amostra ensaiada com 7% de cal em pasta. Esse resultado já era esperado.
4.8. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES
A resistência à compressão simples (RCS) é uma característica muito importante
na análise da estabilização de um solo pela cal. Os valores de RCS são utilizados na
análise de materiais estabilizados, quando da aplicação do método de dimensionamento
empírico de camadas de pavimentos.
Nesse trabalho, foram realizados ensaios de RCS para misturas de solo-cal
compactadas uma hora após a mistura/homogeneização dos materiais (ensaios
convencionais) e compactadas após períodos de espera pré-determinados de 2, 4, 6 e 8
horas depois da realização da mistura/homogeneização (ensaios não convencionais).
Assim como nos resultados obtidos por LOVATO (2004), percebeu-se que a
maioria dos corpos de prova apresentaram uma ruptura frágil durante a realização
desses ensaios. Segundo esse autor, isto é uma característica marcante dos materiais
cimentados.
A Figura 4.18 apresenta a forma como a maioria das amostras, que apresentaram
resultados válidos, sofreu sua ruptura. Observou-se que a superfície de ruptura
apresentou tendência diagonal em relação ao eixo axial dos CPs, cortando-os na
extremidade de sua base superior à extremidade de sua base inferior.
Figura 4.18: Ruptura dos corpos de prova submetidos ao ensaio de RCS.
106
No cálculo dos valores de resistência à compressão simples foi utilizada a
fórmula da equação 4.15, retirada da norma ASTM D5102.
A
P
(4.15)
Onde:
- resistência à compressão simples (kPa);
P Força axial aplicada ao corpo de prova (kN);
A área da seção transversal correspondente.
A Figura 4.19 apresenta as formas de ruptura possíveis de ocorrer durante o
ensaio de RCS, de acordo com a norma ASTM D5102, e apresenta a correlação dos
valores da área da seção transversal (Ao), obtida após a moldagem dos corpos de prova,
com o valor da área da seção transversal correspondente (A), obtida após a ruptura dos
corpos de prova e em função das formas de ruptura da amostra ensaiada. Para todos os
corpos de prova analisados neste trabalho utilizou-se a correlação A = Ao.
Figura 4.19: Formas de ruptura para as amostras submetidas ao ensaio de RCS (ASTM
D5102).
4.8.1. Resultados da RCS em Função do Tempo de Cura em Dias e do Teor de Cal
(Ensaios Convencionais)
As Tabelas 4.21 e 4.22 apresentam os resultados de RCS encontrados para as
misturas de solo Am-A mais cal e solo Am-B mais cal, respectivamente. Essas misturas
107
foram submetidas a períodos de cura de 0, 7, 14, 28 e 90 dias, compactadas na energia
Proctor intermediária e ensaiadas com a adição do estabilizante nos teores de 3%, 5% e
7%.
Tabela 4.21: Resistência à Compressão Simples (MPa): Am-A.
TÉCNICA UTILIZADA
CAL EM PÓ
CAL EM PASTA
TEOR DE CAL
3%
5%
7%
3%
5%
7%
TEMPO
DE
CURA
0 DIA
0
0
0
0
0
0
7 DIAS
0,38
0,31
0,32
0,39
0,25
0,34
14 DIAS
0,75
0,73
0,62
0,60
0,43
0,67
28 DIAS
0,83
1,24
1,17
0,87
0,47
0,89
90 DIAS
0,56
1,52
1,18
0,55
1,20
1,37
Tabela 4.22: Resistência à Compressão Simples (MPa): Am-B.
TÉCNICA UTILIZADA
CAL EM PÓ
CAL EM PASTA
TEOR DE CAL
3%
5%
7%
3%
5%
7%
TEMPO
DE
CURA
0 DIA
0
0
0
0
0
0
7 DIAS
0,20
0,19
0,20
0,21
0,20
0,15
14 DIAS
0,28
0,21
0,22
0,23
0,36
0,35
28 DIAS
0,21
0,30
0,26
0,20
0,38
0,27
90 DIAS
0,18
0,33
0,30
0,15
0,41
0,30
Com relação aos resultados de RCS encontrados para as misturas de solo-cal,
verificou-se a influência de alguns fatores preponderantes para a melhoria da resistência
mecânica dos solos analisados, tais como: porcentagem de cal adicionada à amostra de
solo, período de cura aos quais os corpos de prova foram submetidos, tipo de técnica de
estabilização aplicada (cal em pó e cal em pasta) e tipo de solo utilizado. A influência
de cada um desses fatores é abordada nos itens 4.8.1.1, 4.8.1.2 e 4.8.1.3.
4.8.1.1. Amostra Am-A
A Figura 4.20 apresenta a evolução dos valores de RCS, em função do teor de
estabilizante e do tempo de cura, para as misturas de solo Am-A tratadas com a cal, em
pó e em pasta. As linhas vermelhas dessa figura indicam os valores de RCS mínimos,
citados por LITTLE (1995), exigidos pelo Illinois Highway Department para o uso de
misturas de solo-cal em camadas de subbase (0,689 MPa) e base (1,034 MPa) de
pavimentos rodoviários.
108
Figura 4.20: Evolução dos valores da RCS para as misturas de solo Am-A mais cal em
função do teor de estabilizante e do período de cura.
Com base nos resultados de RCS apresentados na Figura 4.20, observou-se que
as amostras de solo Am-A tratadas com a cal, para ambas as formas de aplicação do
estabilizante investigadas, apresentaram, de um modo geral, ganhos de resistência com
o aumento dos períodos de cura.
Contudo, verifica-se que as misturas de solo Am-A + 3% de cal (em pó e em
pasta) alcançaram sua resistência máxima aos 28 dias de cura (0,83 MPa e 0,87 MPa),
apresentando uma redução nesses valores para um tempo de cura de 90 dias. O
comportamento apresentado por essas misturas permitiu supor que as reações
pozolânicas foram cessadas para as mesmas entre o período de 28 a 90 dias. Um dos
motivos para a ocorrência desse fato seria o de não haver mais cal disponível para
combinar-se a sílica e a alumina dos argilominerais presentes no solo.
NÚÑEZ (1991), ao investigar os efeitos do período de cura na evolução dos
valores de RCS em misturas de solo-cal, também verificou, para as amostras tratadas
com teores mais baixos da cal (3%), que a resistência dos solos estabilizados caía após
estes serem submetidos a tempos de cura mais longos (90 dias). O autor observou que
109
isso ocorria devido o valor do pH de suas amostras apresentar uma redução para
períodos de cura mais altos, o que, provavelmente inibiu as reações pozolânicas.
NÚÑEZ (1991), verificou ainda, que para as misturas ensaiadas com maiores
teores de cal, o valor do pH aumentava, à medida que as amostras eram submetidas a
períodos de cura mais longos, criando, dessa forma, condições satisfatórias para o
desenvolvimento das reações cimentantes nas misturas estabilizadas.
É importante mencionar algumas ressalvas feitas por esse autor, ao comentar
citações de INGLES (1970), que afirmavam que a degradação do argilomineral por
meio de um pH elevado é condição necessária, porém não suficiente para que haja
ganhos significativos de resistência.
Com relação à influência dos teores de estabilizante nos valores de RCS das
misturas de solo Am-A com cal, pode-se verificar, através dos resultados apresentados
na Figura 4.20, que as amostras ensaiadas com cal em pó apresentaram melhores
resultados de resistência após serem tratadas com 5% desse aditivo. Já as misturas de
solo Am-A ensaiadas com cal em pasta apresentaram melhores resultados de RCS (ver
Tabela 4.20) para as misturas tratadas com 7% do estabilizante.
Analisando-se o gráfico da Figura 4.20 percebeu-se que, para períodos de cura
mais baixos (0 14 dias), a adição da cal em pó na percentagem de 3% apresentou
valores de RCS mais elevados do que as misturas com 5% e 7% de cal. Contudo, para
períodos de cura mais elevados (28 90 dias) verificou-se a ocorrência expressiva das
reações pozolânicas nas misturas mais ricas (com 5% e 7% de cal).
Esse fato ocorreu, possivelmente, devido às misturas com 3% de cal possuírem
uma quantidade de estabilizante suficiente apenas para satisfazer a capacidade de troca
catiônica (CTC), responsável pela melhoria na trabalhabilidade da amostra e pelo ganho
inicial de resistência. Enquanto isso, as misturas com 5% e 7% de cal, além de
apresentarem cal suficiente para satisfazerem a CTC, apresentaram uma quantidade
excedente de estabilizante que proporcionaram a ocorrência das reações cimentantes,
responsáveis pelo aumento da resistência do solo com o passar do tempo.
110
Já para as misturas de solo Am-A tratadas com cal em pasta verificou-se que a
adição de 3% do estabilizante apresentou valores de RCS mais elevados do que os
obtidos para as misturas ensaiadas com 5% e 7% de cal, submetidas a períodos de cura
mais baixos (0 7 dias), como observado para as amostras ensaiadas com cal em pó.
Para períodos de cura mais longos (14 90 dias) observou-se que a mistura ensaiada
com 7% de cal em pasta apresentou os maiores valores de RCS.
Vale ressaltar, porém, que a mistura de solo Am-A mais 5% de cal em pasta
apresentou valores de RCS inferiores aos encontrados para as misturas ensaiadas com
3% e 7%, após um período de cura de 14 e 28 dias. Dessa forma, constatou-se que a
mistura estabilizada com 5% de cal em pasta teve uma ocorrência menos expressiva das
reações pozolânicas do que a mistura estabilizada com 5% de cal em pó, para os dois
períodos de cura mencionados.
Com relação aos valores de RCS mínimos exigidos pelo Illinois Highway
Department, para o uso de misturas de solo-cal em camadas de base e subbase de
rodovias, pode-se verificar, através da Figura 4.20, que todas as amostras estabilizadas
apresentaram valores de resistência superiores a 0,689 MPa em pelo menos um dos
períodos de cura analisados. Além disso, observou-se que as misturas tratadas com 5% e
7% de cal, em pó e em pasta, apresentaram valores de RCS superiores a 1,034 MPa,
para períodos de cura específicos.
Vale ressaltar o trabalho de LOIOLA e BARROSO (2007), onde foi discutido o
caso de uma rodovia cearense (conhecida localmente por rodovia do Melão - CE 377),
executada com uma camada de base em solo-cal, apresentar-se em boas condições
estruturais depois de decorridos 7 anos de sua execução. Esse fato, segundo os autores,
ocorreu devido ao bom desempenho apresentado pela camada de base estabilizada. A
mistura utilizada nessa camada apresentou um valor de RCS, em laboratório, de
aproximadamente 0,7 MPa (após 60 dias de cura e uma imersão em água de 4 horas
antes da ruptura).
Dessa forma, recomenda-se o uso de 5% de cal para ser adicionado a amostra de
solo Am-A. Este teor se justifica para as duas formas de aplicação da cal, uma vez que
as misturas atingiram valores superiores a 0,7 MPa. Acredita-se que esse valor seja
recomendável para ser aceito como resistência mínima em projetos de rodovias de baixo
111
volume de tráfego. Observou-se que no trabalho de LOYOLA e BARROSO (2007)
existem comprovações práticas para aceitação desse resultado.
Com o intuito de observar a correlação entre os valores de RCS e os períodos de
cura analisados, para cada teor de cal ensaiado, bem como a influência da forma de
aplicação da cal nas misturas, elaboraram-se os gráficos das Figuras 4.21, 4.22 e 4.23,
onde foram apresentadas equações polinomiais do 2° e seus respectivos R²,
relacionando os valores de RCS obtidos (eixo y) com os tempos de cura aos quais as
misturas estabilizadas foram submetidas antes da ruptura.
Figura 4.21: Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-A.
mais 3% de cal (em pó e em pasta).
112
Figura 4.22: Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-A
mais 5% de cal (em pó e em pasta).
Figura 4.23: Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-A
mais 7% de cal (em pó e em pasta).
113
Analisando-se as Figuras 4.21 a 4.23, percebeu-se que as equações apresentadas
nas mesmas tiveram uma boa correlação entre as variáveis investigadas, uma vez que os
valores de R² foram superiores a 0,89.
Com relação à forma de aplicação da cal nas amostras, observou-se que, de uma
forma geral, os resultados RCS foram bem parecidos para misturas tratadas pela cal em
pó e em pasta. Contudo, verificaram-se algumas diferenças nos resultados de resistência
encontrados para as misturas ensaiadas com 5% de estabilizante (após um período de
cura de 14, 28 e 90 dias) e para as misturas ensaiadas com 7% de estabilizante (após um
período de cura de 28 e 90 dias). Em função dos resultados apresentados por essas
amostras, pode-se verificar que as mesmas apresentaram melhores incrementos de
resistência quando aplicada a forma de aplicação da cal convencionalmente utilizada, ou
seja, em pó.
4.8.1.2. Amostra Am-B
A Figura 4.24 apresenta a evolução dos valores de RCS, em função do teor de
estabilizante e do tempo de cura, para as misturas de solo Am-B tratadas com a cal, em
pó e em pasta.
Figura 4.24: Evolução dos valores da RCS para as misturas de solo Am-B mais cal em
função do teor de estabilizante e do período de cura.
114
Com base nos resultados apresentados na Figura 4.24, verificou-se que as
misturas de solo Am-B mais cal em pó apresentaram maiores incrementos de resistência
em seus valores quando ensaiadas com teores mais elevados de cal (5% e 7%), em
função do aumento dos períodos de cura aos quais estas amostras foram submetidas
antes da ruptura. Já a mistura de solo Am-B mais cal em pó (3%) apresentou uma
redução no valor de RCS para períodos de cura mais longos (28 90 dias), como
verificado para a mistura de solo Am-A mais cal em pó (3%). Porém, essa mistura,
diferentemente da outra, alcançou sua resistência máxima aos 14 dias (0,28 MPa).
Acredita-se que a evolução dos valores de RCS para essas amostras, assim como
observado para as misturas de solo Am-A mais cal, ocorreu dessa maneira,
possivelmente, devido às misturas com 3% de cal possuírem uma quantidade de
estabilizante suficiente apenas para satisfazer a capacidade de troca catiônica (CTC) do
solo. Enquanto isso, as misturas com 5% e 7% de cal (pó) apresentaram estabilizante
suficiente para satisfazerem tanto a CTC como a ocorrência das reações pozolânicas.
Com relação aos resultados de RCS encontrados para as amostras de solo Am-B
mais cal em pasta, percebeu-se que estas apresentaram incrementos de resistência em
seus valores, em função do aumento do tempo de cura, para as misturas ensaiadas com
5% de estabilizante. Porém, para as amostras ensaiadas com 3% e 7% de cal verificou-
se uma redução nos valores de RCS após 14 dias de cura.
Os resultados de RCS encontrados para as misturas de solo Am-B mais cal em
pasta (7%), apresentaram um comportamento diferente dos obtidos para as misturas de
solo Am-B mais cal em pó (7%). Não foi suposta nenhuma explicação para ocorrência
desse fato. Constatou-se, porém, que as reações pozolânicas foram menos expressivas,
entre os períodos de cura de 14 a 28 dias, para amostra de solo Am-B mais 7% de cal
(em pasta).
Observou-se, ainda, que as misturas estabilizadas com maiores quantidades de
cal (5% e 7%) exigiram maiores períodos de cura para o desenvolvimento das reações
cimentantes nas amostras e, conseqüentemente, apresentaram ganhos de resistência
mais expressivos para períodos mais longos (28 90 dias). Para as duas formas de
aplicação da cal investigadas, observou-se que a inserção de 5% do estabilizante
proporcionou os maiores incrementos de resistência as amostras naturais.
115
Com relação aos valores de RCS mínimos exigidos pelo Illinois Highway
Department, para o uso de misturas de solo-cal em camadas de base e subbase de
rodovias, pode-se verificar, através da Figura 4.24, que nenhuma das amostras de solo
Am-B tratada pela cal atingiu o valor de 0,689 MPa. O acréscimo de RCS para essa
amostra não se mostrou muito satisfatório. Acredita-se que esse solo esteja mais apto a
ser estabilizado por outro processo químico, como o da inserção de betume. GONDIM
(2008) estabilizou esse mesmo material com 5% de emulsão RL-1C obtendo valores de
RCS superiores a 1,5 MPa (para cura seca).
A fim de compreender melhor a relação entre os valores de RCS apresentados
pelas misturas de solo Am-B estabilizadas e os períodos de cura ensaiados, para cada
teor de cal testado, bem como a influência da forma de aplicação da cal nas misturas,
foram elaborados os gráficos das Figuras 4.25, 4.26 e 4.27. Nesses gráficos foram
apresentadas equações polinomiais do 3° com seus respectivos R², relacionando os
valores de RCS obtidos (eixo y) com os tempos de cura aos quais as misturas
estabilizadas foram submetidas antes da ruptura.
Figura 4.25: Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-B
mais 3% de cal (em pó e em pasta).
116
Figura 4.26: Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-B
mais 5% de cal (em pó e em pasta).
Figura 4.27: Evolução da RCS com o tempo de cura para as amostras de solo Am-B
mais 7% de cal (em pó e em pasta).
A relação entre os valores de RCS das misturas de solo Am-B mais cal e os
períodos de cura investigados, diferentemente do obtido para a outra amostra de solo,
não apresentou valores elevados de R² quando utilizadas equações polinomiais do 2°.
Devido a isso, decidiu-se utilizar equações polinomiais do 3º grau. Estas equações
apresentaram valores de R² superiores a 0,9, indicando uma boa correlação entre as
variáveis analisadas.
117
Com relação ao modo de aplicação da cal à amostra de solo Am-B, verifica-se
que os valores de RCS, para ambas as técnicas utilizadas (cal em pó e cal em pasta),
apresentaram resultados semelhantes. Foram constatadas apenas algumas diferenças nos
valores de resistências obtidos para as misturas tratadas com 5% do estabilizante
(submetidas aos períodos de cura de 14, 28 e 90 dias) e para as misturas tratadas por 3%
do estabilizante (submetidas a um período de cura de 14 dias). Para essas misturas a
forma de aplicação da cal em pasta mostrou-se mais eficiente.
4.8.1.3. Influência do Tipo de Solo Utilizado
Com relação ao tipo de solo utilizado, observou-se que os resultados de RCS
obtidos para as misturas de solo Am-A mais cal foram melhores que os obtidos para as
misturas de solo Am-B mais cal. Supõe-se que isso ocorreu devido a amostra de solo
Am-A, possivelmente, apresentar uma quantidade de pozolana superior a encontrada no
solo Am-B. De acordo com HERRIN E MITCHELL (1968), quando um solo
disponibiliza a pozolana desejada, ela reage prontamente com a cal para melhorar a
resistência da mistura solo-cal. Contudo, se o solo possuir uma pequena quantidade, ou
nenhuma pozolana, pouca melhora se obtém pela adição da cal.
Dessa forma, pode-se constatar, de um modo geral, à luz dos resultados de RCS
obtidos, que a aplicação da cal pode ser utilizada satisfatoriamente apenas na
estabilização do solo Am-A, permitindo inclusive o uso dessa amostra em camadas
nobres de rodovias de baixo volume de tráfego.
4.8.2. Resultados da RCS em Função do Tempo de Espera da Mistura Solo-Cal
(Ensaios Não Convencionais)
Nestes ensaios, verificou-se a influência do tempo de espera entre a mistura (do
solo, da cal e da água) e a compactação das amostras analisadas. Assim como na
pesquisa desenvolvida por LOVATO (2004), foram pré-determinados alguns períodos
de espera, após a mistura/homogeneização das amostras, antes da realização do ensaio
de RCS. Os períodos de espera adotados foram de 2, 4, 6 e 8 horas. As misturas de solo-
cal foram submetidas a um período de cura de 28 dias e foram modificadas/estabilizadas
com a adição de apenas 3% de estabilizante, sendo submetidas a uma imersão prévia de
24 horas, em água potável, antes da realização do ensaio.
118
A norma da ASTM D5102/96 recomenda um período de espera de 1 hora, entre
a mistura e a compactação das amostras de solo-cal. Contudo, durante a execução de
uma obra rodoviária, o tempo transcorrido entre a mistura e compactação dessas
amostras dificilmente é inferior ao estabelecido por essa norma. Dessa maneira, assim
como NÚÑEZ (1991) e LOVATO (2004), decidiu-se investigar, neste trabalho, o efeito
do tempo de espera entre a mistura e a compactação para amostras de solo-cal,
correlacionando os resultados obtidos com outros resultados citados na literatura.
NÚÑEZ (1991) observou, para as misturas de solo-cal analisadas por ele, uma
redução nos valores da RCS com o aumento do período de espera entre a mistura e
compactação das amostras, após essas serem submetidas aos períodos de espera de 0, 1,
2, 3 e 4 horas. O autor mencionou, à época, citações de MITCHELL e HOOPER (1961)
que afirmavam que esse fato ocorria em virtude do aumento da floculação com a
demora na compactação, ocasionando uma redução no peso específico das misturas.
Já LOVATO (2004) verificou para amostras de solo-cal compactadas 1, 2, 4 e 8
horas após a mistura, que o período de espera de 2 horas proporcionou maior ganho no
valor da RCS do solo analisado. Este autor, não soube justificar o motivo da ocorrência
desse fato e ressaltou que não haviam sido encontrados resultados similares aos seus nas
referências bibliográficas consultadas por ele. Vale ressaltar que a amostra de solo
utilizada por este autor foi classificada como um solo A-6, de acordo com AASHTO, e
apresentou valores de LL e IP iguais a 39% e 16%, respectivamente. Ou seja,
apresentava características físicas semelhantes à amostra de solo Am-A.
As Tabelas 4.23 e 4.24, apresentam os valores encontrados para os ensaios
intitulados de não convencionais, compactados na energia Proctor intermediária. Esses
ensaios foram realizados para as duas formas de aplicação da cal analisadas.
Tabela 4.23: Ensaios não convencionais: Am-A.
TEMPO DE ESPERA ENTRE
MISTURA E COMPACTAÇÃO
RESISTÊNCIA Á COMPRESSÃO
SIMPLES
PÓ - (MPa)
PASTA - (MPa)
1 hora
0,83
0,87
2 horas
0,49
0,78
4 horas
0,40
0,34
6 horas
0,47
0,29
8 horas
0,56
0,36
119
Tabela 4.24: Ensaios não convencionais: Am-B.
TEMPO DE ESPERA ENTRE
MISTURA E COMPACTAÇÃO
RESISTÊNCIA Á COMPRESSÃO
SIMPLES
PÓ - (MPa)
PASTA -(MPa)
1 hora
0,21
0,20
2 horas
0,39
0,43
4 horas
0,08
0,10
6 horas
0,09
0,14
8 horas
0,36
0,38
As Figuras, 4.28 e 4.29, apresentam a evolução dos valores de RCS das misturas
de solo-cal, referentes aos resultados apresentados nas Tabelas 4.23 e 4.24.
Figura 4.28: Ensaios não convencionais: Am-A.
Figura 4.29: Ensaios não convencionais: Am-B.
120
Os resultados encontrados para as misturas de solo-cal, ensaiadas com a amostra
de solo Am-A (Tabela 4.22), apresentaram valores mais elevados de RCS com a adoção
de um tempo de espera, entre a mistura e a compactação, de 1 hora.
Observou-se que a demora no tempo de espera proporcionou uma acentuada redução
nos valores de RCS. Contudo, percebeu-se que ocorreu um ganho na resistência das
misturas (de 19,15% para a amostra com cal em pó e de 24,14% para a amostra com cal
em pasta) quando o tempo de espera até a compactação aumentou de 6 para 8 horas.
Esse fato foi inesperado e apresentou um comportamento atípico, quando relacionado
aos outros mencionados na literatura pesquisada.
Já os resultados encontrados para as misturas de solo-cal, ensaiadas com a
amostra de solo Am-B (Tabela 4.23), apresentaram um maior incremento no valor de
RCS após um período de espera, até a compactação, de 2 horas, sendo similar aos
resultados encontrados por LOVATO (2004). Esta amostra de solo, assim como a outra
analisada, também apresentou um ganho na resistência das misturas de solo-cal quando
o tempo de espera, até a compactação, aumentou de 6 para 8 horas. Do mesmo modo
como mencionado nos resultados encontrados para a amostra de solo Am-A, não se
chegou a uma explicação razoável para o aumento dessa resistência.
Com relação à forma de aplicação do estabilizante percebeu-se, de um modo
geral, que as misturas modificadas/estabilizadas com a cal em pasta apresentaram
resultados de RCS superiores aos encontrados para as misturas
modificadas/estabilizadas com a cal em pó. Contudo, os resultados obtidos para as duas
técnicas foram bem parecidos. Já com relação ao tipo de solo tratado, observou-se,
assim como nos ensaios convencionais, que os valores de RCS foram bem superiores
para as misturas de solo Am-A estabilizadas.
Por fim, vale ressaltar a importância da análise realizada nesse subitem, uma vez
que esta aponta a demora mínima, entre a mistura e compactação, para cada amostra
investigada, necessária para se evitar perdas de resistência desnecessárias. NÚÑEZ
(1991) comenta, porém, que em alguns casos, a demora na compactação das misturas de
solo-cal pode proporcionar ganhos de trabalhabilidade de tal magnitude (especialmente
em solos argilosos muito plásticos), que compensem uma eventual redução da RCS.
121
4.9. RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL (RTCD)
NÚÑEZ (1991) comenta algumas citações de SEDDOM e BHINDI (1983), que
afirmam que o surgimento da resistência à tração, em misturas de solo-cal, indica a
ocorrência da cimentação pozolânica nas mesmas. Ainda com base nos relatos desses
autores, NÚÑEZ (1991) menciona que o valor de 80 kN/m², para resistência à tração
direta (RTD), indica a fronteira entre as fases cimentada e modificada para as misturas
de solos tratadas pela cal.
Tem-se o conhecimento, porém, através de algumas bibliografias, como a do
NATIONAL INSTITUTE FOR TRANSPORT AND ROAD RESEARCH (1986), que o
valor da resistência à compressão diametral de um solo é em torno de 1,5 vezes o valor
da tração direta do mesmo. Dessa forma, um valor de RTD de 80 kN/m² corresponde a
um valor de RTCD de 120 kN/m².
Os ensaios de RTCD, desenvolvidos nesta pesquisa, foram realizados para as
amostras de solo naturais (Am-A e Am-B) e para as misturas de solo-cal, tratadas pelas
duas formas de aplicação do estabilizante investigadas (cal em pó e cal em pasta). Todas
as amostras foram moldadas na energia de compactação intermediária, em um molde
cilíndrico do tipo Marshall (com 10 cm de diâmetro e uma altura de 7,5 cm), para
umidade ótima de cada mistura.
Nas Tabelas 4.25 e 4.26 são apresentados os resultados RTCD para as duas
amostras de solo estabilizadas pela inserção da cal nos teores de 3%, 5% e 7%,
submetidas a períodos de cura de 0, 7, 14, 28 e 90 dias. Nenhuma das amostras foi
submetida à imersão prévia, em água potável, antes da ruptura, seguindo as
especificações da norma adotada.
Tabela 4.25: Resistência à Tração por Compressão Diametral (MPa): Am-A.
TÉCNICA UTILIZADA
CAL EM PÓ
CAL EM PASTA
TEOR DE CAL
3%
5%
7%
3%
5%
7%
TEMPO
DE
CURA
0 DIA
0,016
0,014
0,008
0,012
0,010
0,004
7 DIAS
0,067
0,062
0,070
0,029
0,075
0,088
14 DIAS
0,287
0,340
0,220
0,191
0,225
0,167
28 DIAS
0,436
0,550
0,390
0,362
0,436
0,393
90 DIAS
0,212
0,310
0,400
0,150
0,352
0,371
122
Tabela 4.26: Resistência à Tração por Compressão Diametral (MPa): Am-B.
TÉCNICA UTILIZADA
CAL EM PÓ
CAL EM PASTA
TEOR DE CAL
3%
5%
7%
3%
5%
7%
TEMPO
DE
CURA
0 DIA
0,041
0,028
0,042
0,048
0,055
0,044
7 DIAS
0,128
0,111
0,075
0,090
0,047
0,044
14 DIAS
0,156
0,125
0,199
0,098
0,077
0,057
28 DIAS
0,203
0,236
0,236
0,195
0,186
0,146
90 DIAS
0,184
0,234
0,244
0,194
0,192
0,176
As duas amostras de solo naturais, Am-A e Am-B, apresentaram valores de
RTCD muito baixos, de maneira que a célula de carga foi incapaz de registrar os valores
máximos suportados por esses materiais. Em virtude desse fato, decidiu-se utilizar
valores de RTCD tendendo a zero, para os dois solos.
Já para as misturas de solo-cal, constatou-se a influência de alguns fatores
preponderantes, assim como verificado nos resultados de RCS, para a melhoria da
RTCD das amostras analisados, tais como: porcentagem de cal adicionada à amostra de
solo, período de cura aos quais os corpos de prova foram submetidos, tipo de técnica de
estabilização aplicada (cal em pó e cal em pasta) e tipo de solo utilizado. A influência
de cada um desses fatores será discutida nos itens 4.9.1, 4.9.2 e 4.9.3.
4.9.1. Amostra Am-A
A Figura 4.30 apresenta a evolução dos valores de RTCD, em função do teor de
estabilizante e do tempo de cura, para as misturas de solo Am-A tratadas com a cal, em
pó e em pasta. A linha vermelha dessa figura indica o valor de RTCD (0,12 MPa),
citados por NÚÑEZ (1991) apud SEDDOM e BHINDI (1983), como mencionado
anteriormente, que indica a fronteira entre as fases cimentadas e modificadas das
misturas de solo-cal.
123
Figura 4.30: Evolução dos valores da RTCD para as misturas de solo Am-A mais cal
em função do teor de estabilizante e do período de cura.
Com base nos resultados apresentados na Figura 4.30, verificou-se que as
misturas de solo Am-A mais cal (em pó e em pasta), apresentaram valores de RTCD
crescentes, com o aumento do período de cura. Contudo, constatou-se que o valor da
RTCD tendeu a diminuir em períodos de cura mais elevados (90 dias), para a maioria
das misturas ensaiadas (exceto, a de cal em pó 7%).
Além disso, observou-se que para períodos de cura mais baixos (0 - 28 dias), a
adição da cal na percentagem de 3% e 5% resultou, muitas vezes, em valores de RTCD
mais elevados do que obtidos para as misturas de solo + 7% de cal. Enquanto que para
períodos de cura mais elevados (90 dias), foi constatada a ocorrência mais expressiva
das reações pozolânicas nas misturas com 7% de cal (em pó e em pasta). Um
comportamento similar foi verificado nos resultados de RCS encontrados para essas
amostras.
Percebeu-se, contudo, que as amostras ensaiadas com 5% da cal apresentaram
incrementos nos valores de RCS, quando submetidas a um período de cura mais longo
(90 dias), enquanto que, nos valores de RTCD, encontrados para essas mesmas
amostras, foi observada uma redução após os 28 dias de cura. Desconhece-se a razão
para ocorrência desse fato, constatando-se apenas a ocorrência menos expressivas das
124
reações pozolânicas nas amostras de solo-cal (5%) submetidas ao ensaio de RTCD, após
um período de cura de 90 dias.
Com relação à forma de aplicação do estabilizante ao solo, verificou-se, de um
modo geral, uma melhor aplicabilidade da técnica da cal em pó. Já com relação ao teor
da cal adicionado às misturas, verificou-se melhores incrementos de resistência para as
amostras ensaiadas com 5% do estabilizante.
Por fim, é importante ressaltar que todas as misturas de solo Am-A estabilizadas
apresentaram valores de RTCD superiores a 0,12 MPa (quando ensaiadas após períodos
de cura de 14, 28 e 90 dias), indicando, dessa forma, a ocorrência das reações
cimentantes nessas amostras.
4.9.2. Amostra Am-B
A Figura 4.31 apresenta a evolução dos valores de RTCD, em função do teor de
estabilizante e do tempo de cura, para as misturas de solo Am-B tratadas com a cal, em
pó e em pasta.
Figura 4.31: Evolução dos valores da RTCD para as misturas de solo Am-B mais cal
em função do teor de estabilizante e do período de cura.
Com base nos valores apresentados na Figura 4.31, verificou-se que as misturas
de solo Am-B mais cal apresentaram, de um modo geral, um crescimento nos valores de
125
RTCD com o aumento do período de cura. Esse fato foi constatado para as duas
técnicas de aplicação da cal analisadas (em pó e em pasta) e para todos os teores de cal
testados (3%, 5% e 7%).
Contudo, constatou-se que para períodos cura mais baixos (0 28 dias), a adição
da cal (em pó e em pasta) em menor porcentagem (3%), proporcionou maiores valores
de RTCD quando comparados aos encontrados para as misturas de solo ensaiadas com
maiores porcentagens do estabilizante (5% e 7%), enquanto que, para períodos de cura
mais altos (90 dias), a adição de cal em porcentagem maior (5% e 7%) proporcionou
resultados similares ou melhores de RTCD quando comparados com os obtidos para as
misturas ensaiadas com 3% desse aditivo.
Com relação à forma de aplicação do estabilizante ao solo, verificou-se, de um
modo geral, uma melhor aplicabilidade da técnica da cal em pó. Observou-se ainda, que
as misturas ensaiadas com essa técnica apresentaram melhores incrementos de
resistência quando foram tratadas com 7% do estabilizante. Já as misturas de solo-cal
(pasta) apresentaram melhores resultados de RTCD quando ensaiadas com 5% de cal.
Por fim, vale ressaltar que, assim como verificado para as misturas de solo
Am-A estabilizadas, todas as amostras de solo Am-B mais cal (em pó e em pasta)
alcançaram um valor de RTCD superior a 0,12 MPa em pelo menos um dos períodos de
cura analisado. Esse fato mostra a ocorrência das reações pozolânicas (cimentantes)
nesse material após a inserção da cal. Contudo, nota-se que estas ocorrem de maneira
bem menos expressiva do que o verificado para as misturas de solo Am-A mais cal.
Deve ser levado em consideração, porém, o fato das amostras de solo Am-B
mais cal (em pó e em pasta) não ter apresentado um bom comportamento à luz dos
resultados de RCS. Acredita-se que se estas amostras fossem submetidas a uma imersão
prévia de 24 horas em água, antes da ruptura, nos ensaios de RTCD teriam sido
observados valores de resistência bem inferiores aos expostos na Tabela 4.26.
4.9.3. Influência do Tipo de Solo Utilizado
Analisando os resultados apresentados nas Figuras 4.30 e 4.31, verificou-se que
as amostras de solo Am-A mais cal tiveram ganhos de resistência bem mais acentuados
126
que os verificados para as amostras de solo Am-B mais cal. Esse fato ocorreu,
possivelmente, devido a quantidade de pozolana encontrada em uma das amostras (Am-
A) ser superior a quantidade presente na outra (Am-B), assim como citado
anteriormente no subitem 4.8.1.3.
4.9.4. Influência entre RCS e RTCD para as Misturas de Solo-Cal Analisadas
As Figuras 4.32 e 4.33 apresentam a relação entre a RTCD e a RCS das misturas
de solo Am-A mais cal (em pó e em pasta) e das misturas de solo Am-B mais cal (em
pó e em pasta), respectivamente. Como se pode notar, a correlação encontrada entre as
variáveis investigadas, após a adoção do modelo linear, não gerou valores elevados de
R². Pelo contrário, apresentou valores considerados baixos, principalmente para as
amostras de solo Am-B estabilizadas. Esse fato indica que o modelo adotado não tem
uma boa representabilidade para explicar a relação entre os valores de RTCD e RCS das
amostras. Contudo, o mesmo foi utilizado a fim de comparar os resultados dessa
pesquisa com os apresentados em outras bibliografias.
Vale destacar os trabalhos desenvolvidos por LOVATO (2004) e THOMPSON
(1965). O primeiro autor encontrou uma relação RTCD/RCS igual a 0,128 (para um R²
igual a 0,8852), após a adoção do modelo linear. Já segundo autor, citado por NÚÑEZ
(1991), encontrou uma relação de RTCD/RCS de aproximadamente 0,1. Com base
nessas bibliografias e em outras encontradas na literatura, verificou-se uma tendência
dos valores de RTCD apresentarem, em média, 10 a 15 % dos valores de RCS para as
misturas de solo-cal.
Figura 4.32: Relação entre RTCD e RCS para as amostras de solo Am-A mais cal.
127
Figura 4.33: Relação entre RTCD e RCS para as amostras de solo Am-B mais cal.
Verificou-se, com base nos resultados apresentados nas Figuras 4.32 e 4.33, que
a correlação entre os valores de RTCD e RCS, obtidos nesta pesquisa, apresentou-se
bem diferente das encontradas na literatura. Contudo, deve-se ressaltar que as amostras
submetidas ao ensaio de RTCD não foram imersas antes da ruptura, diferentemente do
ocorrido para as amostras submetidas aos ensaios de RCS. Acredita-se que se os
mesmos critérios tivessem sido adotados, para ambos os ensaios, a relação entre os
resultados encontrados nestes seria mais próxima dos valores encontrados nas
bibliografias citadas anteriormente (LOVATO, 2004 e THOMPSON, 1965).
Decidiu-se, porém, realizar os ensaios de RTCD e RCS em condições de ruptura
distintas, devido os critérios estabelecidos nas normas adotadas. Além disso, verificou-
se que uma possível imersão durante os ensaios de RTCD iriam proporcionar resultados
de resistência muito baixos, principalmente para as amostras de solo Am-B mais cal
(em pó e em pasta).
Com relação à forma de aplicação da cal, constatou-se uma melhor correlação
(R² em torno de 0,6 a 0,7), entre os valores de RTCD e RCS, para as amostras ensaiadas
com cal em pó. Já para as misturas ensaiadas com cal em pasta encontrou-se resultados
de R² tendendo a zero. Dessa forma, decidiu-se fazer uma única análise para ambas as
técnicas.
4.10. MÓDULO DE RESILIÊNCIA
O conhecimento do comportamento resiliente dos solos empregados em camadas
de pavimentos rodoviários é muito importante para a realização de uma análise
128
estrutural eficaz, feita, muitas vezes, através de métodos de dimensionamento
mecanísticos de sistemas de múltiplas camadas. Dessa maneira, torna-se essencial, no
estudo do processo de estabilização de um solo, uma análise criteriosa do
comportamento resiliente das amostras de solo natural e das amostras de solo
estabilizado.
A análise da deformação elástica ou recuperável dos solos deve ser realizada de
tal forma que possibilite a obtenção de resultados similares aos encontrados no campo.
Para que isso ocorra, deve-se adotar um modelo que descreva com fidelidade o
comportamento do solo analisado.
Neste trabalho, como mencionado no subitem 3.4.10, foram utilizados quatro
modelos distintos na análise resiliente dos solos naturais, Am-A e Am-B, e das misturas
estabilizadas quimicamente pela cal. Inicialmente, foram testados três modelos clássicos
que representam os valores dos módulos de resiliência em função das tensões aplicadas
aos materiais, ou seja, em função da tensão desvio (
d
), da tensão confinante (
3
) e da
soma das três tensão principais ( =
1
+
2
+
3
), conforme apresentado nas equações
4.16, 4.17 e 4.18 (descritas anteriormente no subitem 3.4.10).
2
R
1M
k
dk
(4.16)
2
31
k
R
kM
(4.17)
2
1
k
R
kM
(4.18)
Onde:
MR
- Módulo de Resiliência (MPa);
d
tensão desvio (MPa);
3
tensão confinante (MPa);
primeiro invariante de tensão (MPa);
k1, k2 parâmetros de modelagem determinados experimentalmente.
Segundo SOUZA JUNIOR (2005), o modelo que relaciona o valor de MR ao
d
é mais utilizado para descrever o comportamento de solos coesivos, enquanto que, o
modelo que utiliza
3
na correlação com os valores de MR, é mais utilizado no
comportamento de solos granulares. O autor faz menção ainda, a alguns relatos de HAU
129
(2003), que afirmam que o modelo utilizando o primeiro invariante de tensão () é o
mais utilizado na analise das deformações permanentes de materiais granulares.
Os resultados encontrados para as constantes determinadas experimentalmente
(valores de k) e para os coeficientes de correlação (R²), entre os valores de MR e os
modelos clássicos adotados para as amostras de solos naturais (Am-A e Am-B) e suas
misturas modificadas/estabilizadas pela cal, são apresentados nas Tabelas 4.27 e 4.28.
Tabela 4.27: Resultados obtidos com a aplicação dos modelos resilientes clássicos para
a amostra de solo Am-A.
Amostra
Cura
K1
K2
R²
K1
K2
R²
K1
K2
R²
Solo
Natural
(Am-A)
0
136,3
-0,13
0,3480
159,80
-0,040
0,030
162,3
-0,09
0,13
Solo-Cal
Pó 3%
(Am-A)
0
424,1
0,248
0,552
769,4
0,405
0,966
385,2
0,369
0,859
7
1071,0
0,487
0,798
2181,0
0,634
0,892
786,8
0,628
0,937
14
1258,0
0,342
0,709
2227,0
0,470
0,883
1032,0
0,455
0,889
28
1094,0
0,247
0,487
1853,0
0,379
0,758
978,4
0,353
0,705
90
1014,0
0,467
0,833
2025,0
0,611
0,940
756,5
0,604
0,984
Solo-Cal
Pó 5%
(Am-A)
0
337,0
0,181
0,362
570,1
0,327
0,776
321,8
0,288
0,646
7
1005,0
0,286
0,524
1863,0
0,442
0,826
884,3
0,410
0,764
14
1488,0
0,414
0,749
3065,0
0,580
0,970
1180,0
0,558
0,962
28
583,9
0,147
0,118
951,3
0,287
0,297
572,5
0,247
0,237
90
967,0
0,549
0,839
2107,0
0,707
0,917
678,9
0,703
0,972
Solo-Cal
Pó 7%
(Am-A)
0
480,7
0,293
0,580
941,1
0,467
0,969
425,5
0,429
0,876
7
819,1
0,186
0,385
1299,0
0,308
0,698
765,1
0,279
0,613
14
1397,0
0,378
0,740
2515,0
0,505
0,868
1109,0
0,495
0,894
28
1474,0
0,436
0,719
3171,0
0,613
0,937
1156,0
0,589
0,926
90
1208,0
0,529
0,734
2957,0
0,731
0,926
893,0
0,707
0,928
Solo-Cal
Pasta 3%
(Am-A)
0
465,5
0,273
0,552
894,9
0,444
0,966
418,8
0,405
0,86
7
819,0
0,353
0,97
1050,0
0,366
0,688
610,2
0,399
0,876
14
737,2
0,348
0,809
1075,0
0,407
0,730
571,3
0,422
0,838
28
697,4
0,172
0,116
1180,0
0,320
0,266
672,7
0,280
0,217
90
1138,0
0,383
0,839
1910,0
0,484
0,883
1,67
0,785
0,872
Solo-Cal
Pasta 5%
(Am-A)
0
276,8
0,155
0,665
365,5
0,219
0,883
254,2
0,210
0,865
7
1123,0
0,493
0,791
2059,0
0,602
0,778
797,3
0,612
0,861
14
1699,0
0,547
0,822
3793,0
0,713
0,922
1202,0
0,705
0,967
28
1661,0
0,687
0,800
4770,0
0,912
0,931
1090,0
0,897
0,963
90
1563,0
0,524
0,942
2610,0
0,594
0,798
1048,0
0,622
0,939
Solo-Cal
Pasta 7%
(Am-A)
0
258,7
0,145
0,277
450,2
0,308
0,675
258,3
0,259
0,510
7
729,9
0,313
0,877
874,5
0,311
0,570
556,7
0,346
0,758
14
1677,0
0,626
0,822
4232,0
0,819
0,927
1131,0
0,809
0,970
28
1281,0
0,363
0,535
2738,0
0,553
0,818
1081,0
0,516
0,763
90
1213,0
0,446
0,736
2583,0
0,617
0,928
939,8
0,597
0,931
2
.
1
k
dR
kM
2
31
.
k
R
kM
2
.
1
k
R
kM
130
Tabela 4.28: Resultados obtidos com a aplicação dos modelos resilientes clássicos para
a amostra de solo Am-B.
Amostra
Cura
(dias)
K1
K2
R²
K1
K2
R²
K1
K2
R²
Solo
Natural
(Am-B)
0
179,8
-0,100
0,1790
247,6
0,032
0,012
216,6
-0,030
0,013
Solo-Cal
Pó 3%
(Am-B)
0
480,3
0,175
0,576
708,6
0,274
0,934
445,1
0,253
0,852
7
886,8
0,350
0,685
1666,0
0,498
0,911
732,7
0,477
0,895
14
357,8
0,223
0,471
634,2
0,376
0,887
331,7
0,339
0,772
28
1242,0
0,568
0,765
3214,0
0,781
0,956
895,0
0,757
0,961
90
690,0
0,453
0,749
1435,0
0,614
0,910
527,7
0,599
0,926
Solo-Cal
Pó 5%
(Am-B)
0
504,8
0,197
0,496
845,4
0,336
0,953
473,2
0,301
0,821
7
927,3
0,396
0,757
1829,0
0,551
0,966
740,8
0,531
0,964
14
1001,0
0,419
0,762
2052,0
0,582
0,970
788,9
0,562
0,968
28
973,9
0,432
0,667
2300,0
0,643
0,971
786,4
0,605
0,923
90
1140,0
0,631
0,823
3623,0
0,822
0,921
965,9
0,813
0,967
Solo-Cal
Pó 7%
(Am-B)
0
425,8
0,190
0,507
675,0
0,311
0,895
395,8
0,283
0,791
7
954,1
0,426
0,817
1813,0
0,561
0,936
732,1
0,553
0,973
14
1077,0
0,450
0,726
2377,0
0,633
0,947
838,8
0,608
0,937
28
1283,0
0,481
0,679
3310,0
0,712
0,980
1008,0
0,672
0,934
90
1574,0
0,608
0,774
4373,0
0,838
0,969
1108,0
0,812
0,974
Solo-Cal
Pasta 3%
(Am-B)
0
408,9
0,228
0,585
675,4
0,356
0,937
369,6
0,329
0,859
7
378,5
0,263
0,556
698,7
0,422
0,947
418,8
0,405
0,860
14
830,0
0,421
0,745
1744,0
0,593
0,974
657,4
0,569
0,963
28
1071,0
0,557
0,758
2632,0
0,755
0,918
769,8
0,736
0,934
90
1177,0
0,490
0,776
2498,0
0,651
0,902
1,670
0,785
0,872
Solo-Cal
Pasta 5%
(Am-B)
0
286,4
0,162
0,494
438,6
0,277
0,952
271,5
0,249
0,819
7
454,8
0,313
0,696
823,9
0,456
0,969
386,3
0,432
0,934
14
930,2
0,417
0,689
2093,0
0,613
0,983
753,4
0,580
0,941
28
1035,0
0,370
0,648
2180,0
0,553
0,953
863,9
0,520
0,902
90
1056,0
0,545
0,762
2690,0
0,758
0,972
775,4
0,732
0,971
Solo-Cal
Pasta 7%
(Am-B)
0
299,4
0,152
0,515
430,6
0,247
0,896
282,0
0,225
0,796
7
459,1
0,264
0,613
806,8
0,406
0,957
407,1
0,377
0,887
14
863,8
0,410
0,772
1723,0
0,566
0,970
862,1
0,548
0,973
28
1068,0
0,505
0,804
2310,0
0,669
0,931
782,5
0,657
0,964
90
1118,0
0,455
0,705
2501,0
0,641
0,924
870,0
0,616
0,913
Observando-se os resultados apresentados nessas Tabelas, percebeu-se que as
amostras de solo naturais, Am-A e Am-B, apresentaram valores muito baixos de R² para
os 3 modelos testados inicialmente.
Já as misturas de solo-cal, ensaiadas com as duas amostras de solo (Am-A e Am-
B), apresentaram melhores valores de R² quando foram utilizados os modelos em
função da tensão confinante e do primeiro invariante de tensão. Esses modelos são
utilizados para solos tipicamente granulares. Dessa forma, pôde-se observar que a
2
.
1
k
dR
kM
2
31
.
k
R
kM
2
.
1
k
R
kM
131
adição da cal aos solos modificou a granulometria destes, de tal modo, a torná-los mais
graúdos e friáveis. De acordo com HERRIN e MITCHELL (1968), esse fenômeno
ocorre nas misturas de solo-cal devido à mudança física nos grãos finos do solo, em
virtude da aglomeração/floculação das partículas de argila.
Por fim, notou-se uma grande variação entre os coeficientes de correlação de um
modelo para outro, além de se constatar que nenhum dos 3 modelos clássicos utilizados,
inicialmente, representou de forma adequada o comportamento resiliente de todas as
amostras investigadas. Devido a isso, decidiu-se analisar o comportamento resiliente
dessas amostras a partir da utilização do modelo composto, que relaciona os valores de
MR em função de duas tensões aplicadas ao corpo-de-prova, como apresentado mais a
frente.
4.10.1. Modelo Composto
SOUZA JUNIOR (2005) fez menção a alguns relatos de FERREIRA (2002),
comentando que muitas vezes não é recomendável, na análise do comportamento
resiliente de um solo, que se determine o valor de MR apenas em função de uma das
tensões aplicadas ao corpo-de-prova. O modelo composto, segundo esse autor, foi
estabelecido por MACEDO (1996) e considera a influência conjunta das tensões
confinante e desvio no valor do módulo para qualquer tipo de material. A equação 4.19,
citada anteriormente no subitem 3.4.10, apresenta a correlação entre o valor de MR de
um material em função das tensões confinante e desvio, aplicados no mesmo durante a
realização dos ensaios triaxiais dinâmicos, conforme adotado nesse modelo.
M
R
= k
1
.
3
k2
.
d
k 3
(4.19)
Os resultados obtidos com a aplicação do modelo composto, para as amostras
dos solos naturais e das misturas de solo-cal, analisadas nessa pesquisa, foram gerados a
partir da utilização do programa Lab Fit Ajuste de Curvas, desenvolvido para o
tratamento e análise de dados experimentais. Esses resultados encontram-se expostos
nas Tabelas 4.29 e 4.30.
132
Tabela 4.29: Resultados obtidos com a aplicação do modelo resiliente composto para a
amostra de solo Am-A.
AMOSTRA
MODELO
COMPOSTO
CURA (EM DIAS)
0
7
14
28
90
Solo Natural
(Am-A)
K1
179,0
-
-
-
-
K2
0,229
-
-
-
-
K3
-0,300
-
-
-
-
R²
0,6923
-
-
-
-
Solo-Cal
Pó (3%)
K1
817,0
2420,0
2410,0
2000,0
1830,0
K2
0,467
0,463
0,394
0,384
0,397
K3
-0,0516
0,273
0,133
0,0283
0,227
R²
0,9774
0,9658
0,9206
0,793
0,9854
Solo-Cal
Pó (5%)
K1
617,0
2060,0
3130,0
1190,0
2100,0
K2
0,399
0,434
0,5056
0,366
0,465
K3
-0,0569
0,0555
0,107
-0,0128
0,315
R²
0,8161
0,8256
0,9847
0,3423
0,9829
Solo-Cal
Pó (7%)
K1
1040,0
1590,0
2830,0
3630,0
3400,0
K2
0,538
0,395
0,406
0,591
0,589
K3
-0,0452
-0,0181
0,184
0,0945
0,256
R²
0,9770
0,7700
0,9356
0,9659
0,9670
Solo-Cal
Pasta (3%)
K1
934,0
903,0
1080,0
1700,0
1900,0
K2
0,507
0,0364
0,148
0,410
0,341
K3
-0,0608
0,3519
0,335
0,0334
0,181
R²
0,9800
0,9824
0,9078
0,3192
0,9616
Solo-Cal
Pasta (5%)
K1
354,0
2230,0
4240,0
1690,0
2540,0
K2
0,198
0,337
0,563
0,00259
0,269
K3
0,0118
0,382
0,252
0,673
0,406
R²
0,9034
0,9463
0,9826
0,8289
0,9776
Solo-Cal
Pasta (7%)
K1
509,0
791,0
4650,0
3520,0
2840,0
K2
0,459
-0,0229
0,605
0,547
0,512
K3
-0,138
0,381
0,328
0,128
0,183
R²
0,7771
0,9267
0,9889
0,8720
0,9564
Tabela 4.30: Resultados obtidos com a aplicação do modelo resiliente composto para a
amostra de solo Am-B.
AMOSTRA
MODELO
COMPOSTO
CURA (EM DIAS)
0
7
14
28
90
Solo Natural
(Am-A)
K1
309,0
-
-
-
-
K2
0,395
-
-
-
-
K3
-0,362
-
-
-
-
R²
0,8035
-
-
-
-
Solo-Cal
Pó (3%)
K1
732,0
1780,0
725,0
3510,0
1760,0
K2
0,316
0,423
0,479
0,670
0,539
K3
-0,0378
0,128
-0,0686
0,190
0,197
R²
0,9372
0,9386
0,9218
0,9856
0,9584
Solo-Cal
Pó (5%)
K1
926,0
1840,0
2070,0
2470,0
4030,0
K2
0,446
0,471
0,509
0,623
0,607
K3
-0,0985
0,105
0,0998
0,0615
0,335
R²
0,9818
0,9844
0,9866
0,9787
0,9835
Solo-Cal
Pó (7%)
K1
699,0
1820,0
2610,0
3600,0
4750,0
K2
0,395
0,417
0,533
0,715
0,701
K3
-0,0910
0,189
0,176
-0,0375
0,223
R²
0,9079
0,9792
0,9738
0,9904
0,9890
Solo-Cal
Pasta (3%)
K1
700,0
745,0
1770,0
3360,0
3080,0
K2
0,408
0,504
0,506
0,648
0,563
K3
-0,050
-0,0741
0,119
0,265
0,219
R²
0,9384
0,9591
0,9871
0,9703
0,9552
133
Solo-Cal
Pasta (5%)
K1
471,0
862,0
2190,0
2280,0
2380,0
K2
0,365
0,456
0,601
0,508
0,571
K3
-0,0789
0,0211
0,0389
0,0804
0,184
R²
0,9799
0,9785
0,9874
0,9635
0,9866
Solo-Cal
Pasta (7%)
K1
440,0
851,0
1750,0
2490,0
3000,0
K2
0,304
0,433
0,494
0,552
0,580
K3
-0,0627
-0,0107
0,102
0,188
0,170
R²
0,9076
0,9639
0,9902
0,9844
0,9647
Analisando-se os valores de R² apresentados nas Tabelas 4.29 e 4.30, referentes
ao modelo composto, e comparando estes com os valores de R² obtidos com a utilização
dos três modelos clássicos, citados anteriormente, percebeu-se a grande melhoria nas
correlações entre as variáveis investigadas (MR,
3,
d
), em todas as situações
verificadas. Devido a isso, decidiu-se analisar o comportamento resiliente das amostras
de solo naturais (Am-A e Am-B) e das misturas de solo-cal, a partir da aplicação do
modelo composto, verificando-se a influência da adição crescente da cal, em 3 teores
pré-determinados (3%, 5% e 7%), e o efeito nos valores de MR, dessas misturas, com a
variação do período de cura (0, 7, 14, 28 e 90 dias).
Para isto, utilizou-se o programa MatLab, que possibilitou a geração de gráficos
em 3D das superfícies referentes ao comportamento resiliente das amostras analisadas.
A visualização dessas superfícies foi feita a partir da elaboração de um algoritmo,
apresentado na Figura 4.34, que foi executado nesse programa para cada mistura
realizada.
134
Figura 4.34: Algoritmo executado no programa MatLab para geração de gráficos em
3D do comportamento resiliente das amostras naturais de solo e misturas de solo-cal,
analisadas neste trabalho.
Os gráficos gerados pelo software MatLab apresentaram 3 eixos principais,
sendo o primeiro deles referente aos valores de MR das amostras (eixo z), o segundo
referente a tensão confinante aplicada durante os ensaios triaxiais dinâmicos (eixo x) e o
terceiro referente a tensão desvio (eixo y), também aplicada durante a realização dos
ensaios citados anteriormente. Esses gráficos foram elaborados, inicialmente, a fim de
se verificar a influência do teor da cal, para um dado tempo de cura, no comportamento
resiliente das misturas estabilizadas. Em seguida, foram elaborados gráficos onde se
variou o tempo de cura e manteve-se constante o teor da cal adicionado à mistura.
135
4.10.1.1. Solo Am-A
A superfície referente ao comportamento resiliente da amostra de solo natural
Am-A, gerada a partir da utilização do modelo composto, encontra-se exposta na Figura
4.35. Analisando-se o comportamento dessa superfície, observou-se que o
comportamento resiliente da amostra de solo Am-A foi bastante susceptível às variações
da tensão desvio e sofreu pouca influência da tensão de confinamento.
Figura 4.35: Comportamento resiliente da amostra de solo natural Am-A (modelo
composto).
Com relação à classificação resiliente de solos do DNIT (2006), mencionada
anteriormente, no subitem 3.4.10, verificou-se que a amostra de solo Am-A, após ser
analisada como um solo tipicamente argiloso, apresentou um comportamento de um
material regular a bom em relação as suas características resilientes, conforme
apresentado na Figura 4.36.
136
Figura 4.36: Comportamento resiliente da amostra de solo natural Am-A (classificação
do DNIT, 2006).
De acordo com a classificação resiliente, a curva tipo II representa os solos que
apresentam um comportamento regular quanto à resiliência e que podem ser utilizados
como materiais de subleito e reforço de subleito. Já a curva tipo I representa os
materiais que apresentam comportamento bom, no que se refere ao módulo de
resiliência, e que podem ser utilizados em camadas de subleito, reforço de subleito e
subbase.
Foram gerados, em seguida, utilizando-se os resultados encontrados após
aplicação do modelo composto, gráficos comparativos entre o comportamento resiliente
da amostra natural do solo Am-A e de suas misturas estabilizadas com cal, ensaiadas
logo após a moldagem dos corpos-de-prova.
As figuras, 4.37 e 4.38, apresentam, respectivamente, os gráficos gerados com as
misturas ensaiadas com cal pó e cal em pasta.
137
Figura 4.37: Comportamento resiliente do solo Am-A e das misturas de solo Am-A
mais cal em pó, ensaiadas após a moldagem dos CPs.
Figura 4.38: Comportamento resiliente do solo Am-A e das misturas de solo Am-A
mais cal em pasta, ensaiadas após a moldagem dos CPs.
Percebeu-se, analisando essas figuras, que as reações da fase rápida, ocorridas
logo após a adição da cal ao solo, possibilitaram uma melhoria no comportamento
resiliente das misturas estabilizadas.
Para as misturas de solo Am-A mais cal, submetidas a um período de cura após a
moldagem dos CPs, foram gerados, inicialmente, os gráficos apresentados nas Figuras
4.39 e 4.40, onde foi avaliado o comportamento das misturas em função da variação do
teor da cal, para um dado período de cura. Em cada uma dessas figuras foram
apresentados quatro gráficos: dois referentes aos CPs submetidos a uma cura de 7 dias
(Figuras 4.39a e 4.40a), dois referentes aos CPs submetidos a uma cura de 14 dias
(Figuras 4.39b e 4.40b), dois referentes aos CPs submetidos a uma cura de 28 dias
138
(Figuras 4.39c e 4.40c) e dois referentes aos CPs submetidos a uma cura de 90 dias
(Figuras 4.39d e 4.40d). Os gráficos apresentados na Figura 4.39 expõem os resultados
obtidos com as amostras ensaiadas com cal em pó, enquanto os gráficos apresentados na
Figura 4.40 expõem os resultados obtidos com as amostras ensaiadas com cal em pasta.
a. Cal em pó - 7 dias (Am-A).
b. Cal em pó 14 dias (Am-A).
c. Cal em pó 28 dias (Am-A).
d. Cal em pó 90 dias (Am-A).
Figura 4.39: Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-A com cal em
pó após diferentes períodos de cura, impostas a adição de diferentes teores de
estabilizante.
139
a. Cal em pasta - 7 dias (Am-A).
b. Cal em pasta 14 dias (Am-A).
c. Cal em pasta 28 dias (Am-A).
d. Cal em pasta 90 dias (Am-A).
Figura 4.40: Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-A com cal em
pasta após diferentes períodos de cura, impostas a adição de diferentes teores de
estabilizante.
Analisando-se os gráficos das Figuras 4.39 e 4.40 e comparando-os com gráfico
apresentado na Figura 4.35, percebeu-se que, após a adição da cal ao solo
140
(Am-A), houve um aumento significativo nos valores de MR das misturas estabilizadas.
Verificou-se ainda que, de um modo geral, as misturas de solo-cal, diferentemente da
amostra natural de solo Am-A, apresentaram seus valores de MR susceptíveis tanto a
variação da tensão confinante como da tenão desvio. Esse fato só não foi observado
para as misturas de solo-cal ensaiadas imediatamente após a moldagem, onde foi
constatada uma maior influência nos valores de MR em função da variação da tensão
desvio. Isso ocorreu, possivelmente, devido às reações pozolânicas não terem se
processado ainda devido ao curto período entre a moldagem e execução dos ensaios.
Com relação à variação do teor da cal nas amostras, verificou-se que as misturas
de solo Am-A mais 3% de cal (em pó e em pasta) apresentaram maiores valores de MR
que as misturas com 5% e 7% de cal (em pó e em pasta), quando ensaiadas após a
moldagem (sem cura) dos CPs. Contudo, para períodos de cura mais elevados (7 90
dias) as misturas estabilizadas com 5% e 7% de cal apresentaram, de um modo geral,
um comportamento resiliente melhor que as misturas com 3% de cal, para pares de
tensões mais elevados. Isso mostra que as misturas mais ricas (com 5% e 7% de cal),
apresentaram uma quantidade de estabilizante tal, que permitiram a ocorrência das
reações pozolânicas, com o passar do tempo, de maneira mais eficaz que as ocorridas
nas misturas mais pobres (com 3% de cal).
É importante citar, também, que as amostras de solos estabilizadas apresentaram
valores de módulo resiliente tais, em pares de tensões mais altos (
3 x
d
), que
permitiriam a utilização das mesmas em camadas de subbase e base de pavimentos
rodoviários, quando consideradas algumas citações de COSTA e MOTTA (2006).
Estes autores comentam que para pares de tensões de 0,137 MPa (confinante) e
0,412 MPa (desvio), valores médios de MR = 290 MPa e de MR = 251MPa indicam o
uso de um material em camadas rodoviárias de base e subbase, respectivamente. A
partir dessas informações e após uma análise qualitativa dos gráficos apresentados
verificou-se que as misturas de solo Am-A estabilizadas apresentaram valores de MR,
para os três teores de cal ensaiados, condizentes com os valores citados por tais autores.
Os outros gráficos gerados para as misturas de solo-cal, ensaiadas com a amostra
de solo Am-A, foram elaborados com as superfícies referentes às diferentes condições
de cura, para cada teor de cal analisado (3%, 5% e 7%). As Figuras 4.41a, 4.41b e 4.41c
141
apresentam o comportamento resiliente dessas misturas, estabilizadas com cal em pó,
ensaiadas 0, 7, 14, 28 e 90 dias após a moldagem dos CPs.
Enquanto isso, as Figuras 4.42a, 4.42b e 4.42c apresentam o comportamento
resiliente (para cada teor de cal analisado) das misturas de solo-cal ensaiadas com a
amostra de solo Am-A e estabilizadas com cal em pasta. Essas misturas também foram
ensaiadas para períodos de cura de 0, 7, 14, 28 e 90 após a moldagem dos CPs.
a. Solo Am-A + 3% de Cal em pó
b. Solo Am-A + 5% de Cal em pó
c. Solo Am-A + 7% de Cal em pó
Figura 4.41: Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-A com cal em
pó impostas a diferentes períodos de cura, para cada teor de cal analisado.
142
a. Solo Am-A + 3% de cal em pasta
b. Solo Am-A + 5% de cal em pasta
c. Solo Am-A + 7% de cal em pasta
Figura 4.42: Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-A com cal em
pasta impostas a diferentes períodos de cura, para cada teor de cal analisado.
143
Observando-se os gráficos da Figura 4.41, percebeu-se que os valores de MR
das misturas de solo Am-A mais cal, ensaiadas com a cal em pó, apresentaram
melhorias no comportamento resiliente das amostras com a variação do tempo de cura.
Contudo, verificou-se que, após um período de cura de 28 e de 90 dias, os valores de
MR, dessas misturas, apresentaram redução. Esse fato é intrigante, uma vez que as
misturas de solo-cal com 5% e 7% de cal em pó, submetidas ao ensaio de RCS,
apresentaram incrementos em sua resistência com o passar do tempo.
De um modo geral, o comportamento resiliente das misturas de solo-cal,
ensaiadas com a amostra de solo Am-A, apresentou melhores resultados para as
misturas ensaiadas com 7% de cal em pó e com 5% de cal em pasta. Porém, em alguns
casos, como para as amostras ensaiadas logo após a moldagem, um aumento no teor de
cal não ocasionou melhorias adicionais nos valores de MR.
Com relação à forma de aplicação da cal nas misturas, constatou-se que as duas
técnicas analisadas (cal em pó e cal em pasta) proporcionaram incrementos nos
resultados de MR. Verificou-se, porém, que as misturas estabilizadas com cal em pó
apresentaram resultados de MR levemente melhores que os obtidos para as misturas
com cal em pasta. Deve-se ressaltar, contudo, que foram moldados apenas um corpo de
prova para cada amostra analisada, o que não permitiu a realização de uma análise
estatística dos dados obtidos.
Por fim, verificou-se a supremacia do modelo composto, frente aos modelos
clássicos, na análise da amostra de solo natural Am-A e de suas misturas
modificadas/estabilizadas pela cal.
4.10.1.2. Solo Am-B
Assim como observado para a amostra de solo Am-A, verificou-se que a
superfície referente ao comportamento resiliente da amostra de solo natural Am-B,
gerada a partir da utilização do modelo composto e exposta na Figura 4.43, foi bastante
susceptível às variações da tensão desvio, sofrendo pouca influência da tensão de
confinamento.
144
Figura 4.43: Comportamento resiliente da amostra de solo natural Am-B (modelo
composto).
Com relação à classificação resiliente de solos do DNIT (2006), verificou-se que
a amostra de solo Am-B, após ser analisada como um solo tipicamente argiloso,
apresentou, assim como a amostra de solo Am-A, um comportamento de um material
regular a bom em relação as suas características resilientes, conforme apresentado na
Figura 4.44.
Figura 4.44: Comportamento resiliente da amostra de solo natural Am-B (classificação
do DNIT, 2006).
145
Vale ressaltar, porém, que, assim como observado para a amostra de solo Am-A,
verificou-se que o modelo resiliente em função da tensão desvio não é adequado para
representar o comportamento resiliente da amostra de solo Am-B, uma vez que o valor
de R², encontrado para o modelo de MR versus
d
desse material, foi de 0,1790 (ver
Tabela 4.10).
Assim como realizado para a amostra de solo estudada (Am-A), foram gerados
gráficos comparativos entre o comportamento resiliente da amostra natural do solo Am-
B e das misturas de solo Am-B mais cal, ensaiadas logo após a moldagem dos corpos-
de-prova. As figuras 4.45 e 4.46 apresentam, respectivamente, os gráficos gerados com
as misturas ensaiadas com cal pó e cal em pasta.
Figura 4.45: Comportamento resiliente do solo Am-B e das misturas de solo Am-B
mais cal em pó, ensaiadas após a moldagem dos CPs.
Figura 4.46: Comportamento resiliente do solo Am-B e das misturas de solo Am-B
mais cal em pasta, ensaiadas após a moldagem dos CPs.
146
Percebeu-se, analisando estas figuras, que a adição da cal proporcionou uma
melhoria no comportamento das misturas estabilizadas, exceto para tensões desvios
baixas. Observou-se, também, que a introdução da cal ao solo resulta em superfícies que
apresentam maior estabilidade com mudanças menos bruscas de MR em função dos
pares de tensão atuante. Esse mesmo comportamento foi observado para as misturas
ensaiadas com o solo Am-A.
Para as misturas de solo-cal, ensaiadas com a amostra de solo Am-B e
submetidas a um período de cura após a mistura, foram gerados, inicialmente, assim
como feito para misturas ensaiadas com a amostra de solo Am-A, os gráficos
apresentados nas Figuras 4.47 e 4.48, onde foi avaliado o comportamento das misturas
em função da variação do teor da cal, para um dado tempo de cura. Em cada uma dessas
figuras foram apresentados quatro gráficos referentes a cada período de cura analisado.
Os gráficos apresentados na Figura 4.47 expõem os resultados obtidos com as amostras
ensaiadas com cal em pó, enquanto os gráficos apresentados na Figura 4.48 expõem os
resultados obtidos com as amostras ensaiadas com cal em pasta.
a. Cal em pó - 7 dias (Am-B).
b. Cal em pó 14 dias (Am-B).
c. Cal em pó 28 dias (Am-B).
d. Cal em pó -90 dias (Am-B)
Figura 4.47: Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-B com cal em
pó após diferentes períodos de cura, impostas a adição de diferentes teores de
estabilizante.
147
a. Cal em pasta - 7 dias (Am-B).
b. Cal em pasta 14 dias (Am-B).
c. Cal em pasta 28 dias (Am-B).
d. Cal em pasta 90 dias (Am-B).
Figura 4.48: Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-B com cal em
pasta após diferentes períodos de cura, impostas a adição de diferentes teores de
estabilizante.
148
Observando-se os gráficos das Figuras 4.47 e 4.48 e os comparando com o
gráfico apresentado na Figura 4.43, verificou-se que os valores de MR encontrados para
as misturas de solo Am-B mais cal foram melhores que o obtido para a amostra natural
de solo Am-B. Além disso, constatou-se que, de um modo geral, os valores de MR das
misturas de solo-cal, foram susceptíveis às variações da tensão de confinamento e as
variações da tensão desvio, assim como verificado anteriormente nos resultados de MR
obtidos para misturas estabilizadas e ensaiadas com o outro solo analisado.
Com relação à variação do teor de estabilizante nas misturas de solo-cal,
ensaiadas com o solo natural Am-B, percebeu-se que, para os CPs ensaiados após a
moldagem, foram encontrados melhores incrementos nos valores de MR das amostras
tratadas com 3% de cal, enquanto que, para os CPs submetidos a períodos de cura
variando entre 7 e 90 dias, após a moldagem, foram obtidos, na maioria das situações
verificadas, melhores resultados de MR à medida que se aumentou o teor de cal nas
misturas. Esse fato também foi observado, e comentado, para as misturas ensaiadas com
o solo Am-A.
É importante ressaltar, também, que as amostras de solo Am-B estabilizadas
apresentaram, assim como verificado para a outra amostra de solo analisada (Am-A),
valores de módulo resiliente tais, em pares de tensões mais altos (
3 x
d
), que
permitiriam a utilização das mesmas em camadas de subbase e base de pavimentos
rodoviários, quando considerados os valores de MR, relatados por COSTA e MOTTA
(2006), citados, anteriormente, no subitem 4.10.1.1.
Os demais gráficos obtidos para as misturas de solo-cal, ensaiadas com o solo
Am-B, foram elaborados com as superfícies referentes às diferentes condições de cura,
para cada teor de cal analisado. As Figuras 4.49 e 4.50 apresentam os resultados
encontrados para essas misturas, após a utilização das duas formas de aplicação da cal
investigadas na pesquisa.
149
a. Solo Am-B + 3% de Cal em pó
b. Solo Am-B + 5% de Cal em pó
c. Solo Am-B + 7% de Cal em pó
Figura 4.49: Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-B com cal em
pó impostas a diferentes períodos de cura, para cada teor de cal analisado.
150
a. Solo Am-B + 3% de cal em pasta
b. Solo Am-B + 5% de cal em pasta
c. Solo Am-B + 7% de cal em pasta
Figura 4.50: Gráficos comparativos de MR para as misturas do solo Am-B com cal em
pasta impostas a diferentes períodos de cura, para cada teor de cal analisado.
151
Verificando-se os gráficos apresentados na Figura 4.49, referentes às misturas de
solo-cal tratadas com a cal em pó, percebeu-se que, para as amostras modificadas e (ou)
estabilizadas com 5% e 7% de cal, ocorreu, de um modo geral, melhorias no
comportamento resiliente das misturas à medida que estas foram submetidas a períodos
de cura mais elevados.
Já para as misturas tratadas com 3% de cal, verificou-se um comportamento
resiliente atípico, quando comparado com os resultados obtidos para os outros teores de
estabilizante analisados, com o aumento do tempo de cura, pois a resistência aumentou
basicamente com o tempo de 7 dias de cura.
Já os gráficos expostos na Figura 4.50, referentes às misturas de solo-cal tratadas
com a cal em pasta, apresentaram, de um modo geral, resultados de MR crescentes com
o aumento do tempo de cura, para as amostras tratadas com 3% e 7% de estabilizante.
As amostras tratadas com 5% de cal apresentaram incrementos nos valores de MR para
as misturas ensaiadas até 28 dias após a moldagem dos CPs, apresentando, para um
período de cura de 90 dias, uma queda considerável nos valores de MR. Esse fato
mostra certa inconsistência no resultado obtido para a amostra de solo (Am-B) mais 5%
cal (em pasta), submetida a cura mencionada anteriormente. Acredita-se que pode ter
havido erros no equipamento, assim como constatado para outras amostras com
resultados duvidosos, durante o ensaio triaxial dinâmico.
Já com relação à forma de aplicação da cal nas misturas estabilizadas, ensaiadas
com a amostra de solo Am-B, não foi constatado diferenças significativas nos valores
de MR.
Por fim, percebeu-se que a adição da cal às amostras dos solos analisados
proporcionou, no geral, melhorias no comportamento resiliente destas sendo verificado,
para maiorias das amostras, incrementos nos valores de MR com aumento do tempo de
cura e da porcentagem de cal adicionada.
4.11. ANÁLISE MECANÍSTICA DE PAVIMENTOS
Com o intuito de verificar melhor os efeitos da aplicação da técnica solo-cal nas
amostras dos solos analisados na pesquisa, foi realizado, nesse item, o dimensionamento
mecanístico para uma estrutura de pavimento constituído por uma camada de solo
152
estabilizada quimicamente pela cal, baseado nos resultados encontrados nos ensaios
mecânicos.
A estrutura de pavimento adotada na análise mecanística foi utilizada por ser
comumente encontrada em rodovias de baixo volume de tráfego, no estado do Ceará,
sendo constituída por três camadas: uma de revestimento, uma de base e uma de reforço
do subleito. Para essa estrutura foi considerado um revestimento em tratamento
superficial simples, uma base em solo-cal e camada de reforço do subleito constituída
por solo argiloso, como apresentado na Figura 4.51.
Figura 4.51: Estrutura de pavimento analisada.
A amostra de solo-cal selecionada para ser utilizada na análise da estrutura
proposta anteriormente, foi a mistura de solo Am-A mais 5% de cal em pó, ensaiada
após 7 dias de cura. Os critérios utilizados na escolha dessa amostra levaram em
consideração os seguintes fatores: o solo que apresentou um melhor comportamento
mecânico após a estabilização, um teor de cal que atendeu aos critérios especificados
pelo método de dosagem preconizado por THOMPSON (1966), a forma de aplicação da
cal que proporcionou melhores comportamentos resilientes para as misturas testadas e
um tempo de cura que representasse melhor o período entre a compactação de uma
camada e sua liberação ao tráfego em campo.
Já a análise mecanística da estrutura foi realizada através da utilização do
programa computacional FEPAVE2, usando-se um modelo elástico linear para o
revestimento, reforço do subleito e subleito e outro modelo elástico não linear para a
153
camada de base. Esse programa, de acordo com BEZERRA NETO (2004), foi
desenvolvido na Califórnia, em 1968, e utiliza o método de elementos finitos no cálculo
de tensões e deslocamentos de camadas de pavimentos. Segundo o mesmo autor, o
perfil das estruturas de pavimentos analisadas de forma linear é dividido em malhas
quadrangulares e a carga de roda é aplicada na superfície e distribuída de maneira
uniforme em uma área circular, enquanto que, para as estruturas não lineares a carga de
roda é aplicada em incrementos iguais e os módulos das camadas são calculados pelas
equações resilientes encontradas em laboratório.
Os dados de entrada adotados para condição do carregamento da análise foram
de uma área de raio de carregamento de 10,8 cm e uma pressão nessa área de 5,6
Kgf/cm², considerando a ação de um eixo simples padrão de 8,2 tf e desconsiderando as
tensões gravitacionais.
Os parâmetros físicos e mecânicos utilizados para os materiais constituintes das
camadas do pavimento analisado encontram-se expostos na Tabela 4.31. È importante
ressaltar que foi considerada apenas uma variável independente, referente ao desvio
padrão no valor de k1, admitindo-se possíveis oscilações no valor de MR para a mistura
de solo-cal analisada como camada de base. Para os outros dois parâmetros, k2 e k3,
foram adotados valores de desvios padrões iguais a zero. Contudo, a critério de
curiosidade, foram obtidos, através do programa LabFit, os desvios padrões para os
coeficientes k1, k2 e k3 e expostos na Tabela 4.32.
Tabela 4.31: Parâmetros físicos e mecânicos da estrutura de pavimento analisada.
Camada
Material
Espessura
(cm)
MR (Kgf/cm²)
Coeficiente
de Poisson
Revestimento
Tratamento
Superficial
2
5000
0,30
Base
Solo-Cal
15
6739.
3
0,4337
.
d
0,0555
0,25
Reforço do
Subleito
Solo Argiloso
15
1500
0,45
Subleito
Solo Argiloso
-
1000
0,45
Os valores dos coeficientes de Poisson das camadas de revestimento, reforço do
subleito e subleito foram os mesmos adotados por LOVATO (2004). Já os valores de
MR dessas camadas foram utilizados após uma consulta a engenheiros rodoviários
locais.
154
Tabela 4.32: Desvios padrões encontrados, no programa LabFit, para os parâmetros k1,
k2 e k3 apresentados na Tabela 4.13.
Parâmetro
Desvio Padrão
K1
370,62
K2
0,09146
K3
0,070248
Os critérios de aceitação adotados na análise mecanística da estrutura
investigada foram: a Deflexão máxima admissível (Dadm) e a tensão vertical admissível
no topo do subleito (vadm), dados pelas equações 4.20 e 4.21, retiradas da norma
DNER PRO 269/94. Foi desconsiderada na análise a tensão de tração na base do
revestimento devido a não realização de ensaios que possibilitassem o conhecimento de
dados relativos à vida de fadiga do material, bem como a RTI do TSS.
p
NLogDadm log188,0148,3
(4.20)
p
médio
vadm
N
MR
log7,01
006,0
(4.21)
Onde:
P
N
- número de operações do eixo padrão de 8,2 tf;
d
valor médio do módulo de resiliência do subleito.
Nesta pesquisa foram analisados níveis de tráfego leve (
5
10N
), médio
(
6
10N
) e pesado (
7
10N
). Para o cálculo da tensão admissível no topo do subleito
argiloso admitiu-se um valor de MRmédio = 1000 Kgf/cm². Foram analisados níveis de
confiabilidade de 75%, 85%, 95% e 99,8%. Esses níveis foram recomendados por
BENEVIDES (2000) e, de acordo com o mesmo, são comumente empregados para
rodovias estaduais.
Os resultados encontrados após análise mecanística da estrutura do pavimento
proposto encontram-se expostos na Tabela 4.33.
155
Tabela 4.33: Resultados do dimensionamento mecanístico para a estrutura proposta.
75% 85% 95% 99,80%
D (mm)
66 1
66,67 67,03 67,64 69 161,44
σv (mm)
0,4489 0
0,4489 0,4489 0,4489 0,4489 1,3333
D adm
66 1
66,67 67,03 67,64 69 104,71
σv adm
0,4489 0
0,4489 0,4489 0,4489 0,4489 1,1538
D adm
66 1
66,67 67,03 67,64 69 67,92
σv adm
0,4489 0
0,4489 0,4489 0,4489 0,4489 1,0169
Estrutura
Critério de
Aceitação
Nível de Confiabilidade
1
Número N
Desvio
Padrão
Parâmetros
Calculados
Média
5
10N
7
10N
6
10N
Analisando-se os dados apresentados na Tabela 4.33, percebe-se que a estrutura
do pavimento proposto atende aos critérios de aceitação definidos anteriormente (Dadm e
vadm) com um nível de confiabilidade de 99,8%, para os níveis de tráfego leve e médio.
Contudo, verifica-se que esta estrutura apresentou uma Dadm superior a aceitável para
um tráfego pesado, quando analisado um nível de confiabilidade de 99,8%. No entanto,
observou-se que os resultados encontrados no dimensionamento mecanístico do
pavimento sugerido apresentaram, de um modo geral, valores bastante satisfatórios,
principalmente levando-se em conta o fato dessa estrutura vir a ser aplicada
posteriormente em rodovias de baixo volume de tráfego.
4.12. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo foram expostos e discutidos os resultados obtidos durante a
realização do programa experimental, apresentado no capítulo 3. Procurou-se verificar
os efeitos da cura, do teor da cal e da forma de aplicação da mesma (em pó e em pasta),
durante o processo de estabilização das duas amostras de solos estudadas. Buscou-se
ainda identificar outros fatores que pudessem vir a interferir no comportamento
mecânico das misturas de solo-cal ensaiadas, como a composição química dos solos, o
tipo de energia de compactação adotado e o período de espera entre a mistura e
compactação das amostras estabilizadas. No capítulo seguinte serão apresentadas as
conclusões e sugestões resultantes da análise realizada para resultados oriundos da
aplicação do programa experimental.
156
CAPÍTULO 5
CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS
FUTUROS
5.1. CONCLUSÕES
5.1.1. Considerações Iniciais
Neste capítulo são apresentadas as principais conclusões e sugestões para
estudos futuros, que resultaram da aplicação do programa experimental aos dois solos
estudados. Ressalta-se que todas as conclusões obtidas estão vinculadas ao universo em
estudo e a partir delas, pôde-se conhecer melhor as potencialidades e as limitações dos
materiais analisados.
5.1.2. Principais Resultados
5.1.2.1. Quanto à Caracterização Geotécnica e a Análise Química dos Solos Naturais
a) As duas amostras de solos naturais estudadas nesta pesquisa,
denominadas por Am-A e Am-B, apresentaram valores de capacidade de
troca catiônica condizentes com materiais constituídos por minerais
argílicos cauliníticos. Ambos os solos apresentaram um baixo potencial
de expansão e foram considerados intemperizados;
b) As duas amostras de solos naturais estudadas apresentaram ainda argilas
com baixa atividade. Essas amostras forneceram valores de pH
negativo, indicando, dessa forma, a presença de argilas silicatadas e
alumínios trocáveis em sua composição. Vale ressaltar que a presença de
tais componentes em um solo indica a possibilidade de melhoria nas
propriedades deste após a estabilização com a cal.
5.1.2.2. Quanto aos Métodos de Dosagem das Misturas de Solo-Cal
a) Constatou-se que a dosagem das misturas de solo-cal, realizada através
do método proposto por EADES e GRIM (1966), mostrou-se inadequada
para os dois solos, não sendo encontrado para nenhuma amostra
157
ensaiada, após uma hora da realização das misturas, um valor de pH igual
ou superior a 12,3. Verificou-se, porém, que a amostra Am-A apresentou
uma maior reatividade em relação amostra Am-B, quando tratada pela
cal, fornecendo um valor de pH superior ao citado, anteriormente, para a
mistura ensaiada com 9% de cal (submetida a um período de cura de 7
dias).
b) Através do método de dosagem proposto por EADES e GRIM (1966),
verificou-se ainda, de um modo geral, aumentos nos valores de pH das
amostras estabilizadas em função do teor de estabilizante adicionado e do
aumento da cura antes da realização do ensaio;
c) Com relação ao método de dosagem proposto por THOMPSON (1966),
verificou-se que a amostra de solo Am-A mostrou-se reativa à cal com a
adição de apenas 3% desse estabilizante, para as duas formas de
aplicação do aditivo analisadas (cal em pó e cal em pasta). Constatou-se
ainda, uma melhor aplicabilidade da cal em pó, na estabilização da
amostra de solo Am-A;
d) A amostra de solo Am-B apresentou-se reativa à cal em pasta, de acordo
com o método de dosagem proposto por THOMPSON (1966), após ser
tratada com 5% desse estabilizante. Contudo, não foi encontrado, para
nenhuma amostra de solo Am-B ensaiada com a cal em pó, um teor de
cal que proporcionasse um incremento de resistência mínimo (345
kN/m²), condizente com o estabelecido pelo método utilizado, que
indicasse um teor ótimo para a mistura. Verificou-se uma melhor
aplicabilidade da cal em pasta na estabilização do solo Am-B;
e) Com relação ao tipo de solo analisado através do método de dosagem
proposto por THOMPSON (1966), verificou-se, nitidamente, um melhor
aplicabilidade da cal na estabilização da amostra Am-A, uma vez que
esta forneceu valores de resistência à compressão simples bem superiores
aos encontrados para as amostras de solo Am-B estabilizadas.
158
5.1.2.3. Quanto aos Ensaios de Consistência, Compactação, ISC e Expansão
a) Verificou-se que os resultados do limite de plasticidade e do índice de
plasticidade obtidos para as duas amostras naturais dos solos estudados
(Am-A e Am-B), apresentaram valores superiores aos estabelecidos pelo
DNIT (25% para LL e 6% para IP), impossibilitando o uso desses
materiais em camadas de base e subbase de pavimentos.
b) As duas amostras de solos naturais (Am-A e Am-B) apresentaram
valores de expansão e de capacidade de suporte baixos. Verificou-se que
os valores de expansão atenderam aos limites estabelecidos pelo DNIT
para o uso desses materiais em camadas de base e de subbase rodoviárias.
Contudo, os valores de ISC dos dois solos apresentaram valores baixos
que impossibilitariam a ocorrência desse uso;
c) Com relação aos limites de consistência das misturas de solo-cal,
verificou-se que as amostras de solo Am-A, após a inserção do
estabilizante, apresentaram uma condição de não-plásticas e de não-
líquidas para todos os teores de estabilizantes testados. Já para a amostra
de solo Am-B, foi constatado um aumento nos valores de LL e LP e uma
redução nos valores de IP, após a inserção da cal. Credita-se o aumento
nos valores dos LLs das amostras de solo Am-B estabilizadas, dentre
outros fatores, à baixa atividade das argilas constituintes desse material e
à composição dos cátions trocáveis presentes no mesmo;
d) Verificou-se que a adição da cal aos solos estudados reduziu, ou anulou,
os IPs das amostras estabilizadas, melhorando a trabalhabilidade desses
materiais;
e) Para os ensaios de compactação observou-se, de forma geral, após a
adição da cal aos solos, uma redução na massa específica aparente seca
máxima e um aumento da umidade ótima das misturas estabilizadas.
Constatou-se ainda que, à medida que o teor da cal foi aumentado nas
misturas, para ambas as formas de aplicação da cal investigadas (em pó e
159
em pasta), foram obtidos valores de massa específica aparente seca mais
altos e de umidade ótima mais baixos;
f) Com relação à variação da energia de compactação nas misturas de solo
Am-A mais cal, verificou-se que as amostras ensaiadas na energia
Proctor normal apresentaram resultados de massa específica aparente
seca máxima menores e de umidade ótima maiores que os obtidos para as
amostras ensaiadas na energia Proctor intermediária. Esses resultados
foram encontrados para todos os teores de cal testados e para duas formas
de aplicação do estabilizante analisadas;
g) Para os dois solos estudados, verificou-se, de forma geral, melhorias na
capacidade de suporte após a inserção da cal. Constatou-se, ainda, que a
amostra de solo Am-A mais cal, apresentou valores de ISC bem maiores
que os encontrados para as misturas de solo Am-B estabilizadas. Com
relação a forma de aplicação da cal, observou-se, à luz dos resultados de
ISC, uma melhor aplicabilidade da técnica da cal em pasta na
estabilização da amostra de solo Am-A e uma melhor aplicabilidade da
técnica da cal em pó na estabilização da amostra de solo Am-B;
5.1.2.4. Quanto aos Resultados dos Ensaios de RCS
a) Com relação aos resultados de RCS encontrados para as misturas de
solo-cal, verificou-se a influência de alguns fatores preponderantes para a
melhoria da resistência mecânica dos dois solos analisados, tais
como: porcentagem de cal adicionada à amostra, período de cura aos
quais os corpos de prova foram submetidos, tipo de técnica de
estabilização aplicada (cal em pó e cal em pasta) e tipo de solo utilizado;
b) Para as amostras de solo Am-A mais cal, constatou-se que os valores de
RCS cresceram, de um modo geral, em função do aumento dos períodos
de cura testados. Verificou-se, porém, que as misturas desse solo
estabilizadas com 3% de cal (em pó e em pasta) alcançaram sua
resistência máxima aos 28 dias de cura, apresentando uma redução nesses
valores para períodos de cura mais longos (90 dias). Esse fato indica uma
160
possível cessação das reações pozolânicas nessas misturas entre um
período de 28 a 90 dias;
c) Com relação à influência dos teores de estabilizante nos valores de RCS
das misturas de solo Am-A com cal, pôde-se verificar, através dos
resultados encontrados, que para períodos de cura mais baixos (0 14
dias), a adição da cal em pó na percentagem de 3% apresentou valores de
RCS mais elevados do que as misturas com 5% e 7% de cal. Contudo,
para períodos de cura mais elevados (28 90 dias) percebeu-se a
ocorrência expressiva das reações pozolânicas nas misturas mais ricas
(com 5% e 7% de cal). Comportamento similar foi observado para as
misturas de solo Am-A estabilizadas com cal em pasta;
d) As amostras de solo Am-A ensaiadas com cal em pó apresentaram
melhores resultados de resistência após serem tratadas com 5% desse
aditivo. Já as misturas de solo Am-A ensaiadas com cal em pasta
apresentaram melhores resultados de RCS para as misturas tratadas com
7% do estabilizante. Constatou-se ainda que ambas as formas de
aplicação da cal investigadas proporcionaram a obtenção de resultados de
RCS semelhantes para as misturas de solo Am-A estabilizadas,
verificando-se, porém, uma melhor aplicabilidade do método
convencionalmente utilizado (cal em pó);
e) Á luz dos resultados de RCS, pôde-se constatar que a aplicação da cal
pode ser utilizada satisfatoriamente na estabilização do solo designado
por Am-A. Recomenda-se, porém, o uso de 5% desse estabilizante ao
solo em questão. Este teor se justifica para as duas formas de aplicação
da cal investigadas, uma vez que algumas de suas misturas atingiram
valores superiores a 1,034 MPa. Acredita-se que o valor de resistência
mínimo aceitável em projetos de rodovias de baixo volume no estado do
Ceará é de 0,7 MPa, com base em algumas experiências práticas locais;
f) Para as amostras de solo Am-B mais cal em pó, constatou-se que os
valores de RCS cresceram, em função do aumento dos períodos de cura
aos quais estas amostras foram submetidas antes da ruptura, quando
161
ensaiadas com teores mais elevados de cal (5% e 7%). Já a mistura de
solo Am-B mais cal em pó (3%) apresentou uma redução no valor de
RCS para períodos de cura mais longos (28 90 dias), como verificado
para a mistura de solo Am-A mais cal em pó (3%);
g) Com relação aos resultados de RCS encontrados para as amostras de solo
Am-B mais cal em pasta, percebeu-se que estas apresentaram
incrementos de resistência em seus valores, em função do aumento do
tempo de cura, para as misturas ensaiadas com 5% de estabilizante.
Porém, para as amostras ensaiadas com 3% e 7% de cal verificou-se uma
redução nos valores de RCS após 14 dias de cura, indicando uma
possível cessação das reações cimentantes nas mesmas;
h) Com relação à forma de aplicação da cal (em pó e em pasta) nas misturas
de solo Am-B estabilizadas, verificou-se uma semelhança na maioria dos
resultados encontrados. Constatou-se, porém, para alguns teores de cal
(3%) a melhor aplicabilidade da cal em pó e para outros (5% e 7%) a
melhor aplicabilidade da cal em pasta;
i) Constatou-se que a adição da cal a amostra de solo Am-B melhorou as
propriedades mecânicas desse material. Verificou-se, porém, que essa
melhoria não se mostrou muito satisfatória. Acredita-se que esse material
esteja mais apto a ser estabilizado por outro processo químico, como o da
inserção de betume;
j) Com relação aos ensaios de RCS, denominados por não convencionais,
verificou-se, que a amostra de solo Am-A apresentou os maiores
incrementos de resistência quando compactadas após uma hora de sua
mistura com a cal, enquanto a amostra Am-B apresentou melhores
resultados após ser ensaiada 2 horas da inserção do estabilizante. Esses
resultados foram verificados para duas formas de aplicação da cal (em pó
e em pasta).
162
5.1.2.5. Quanto aos Resultados dos Ensaios de RTCD
a) Com relação aos resultados de RTCD encontrados para as misturas de
solo Am-A e Am-B estabilizadas, constatou-se que para todas as
amostras ensaiadas foram encontrados valores de resistência superiores à
0,12 MPa para pelo menos um dos períodos de cura analisados. Isso
mostra a ocorrência das reações pozolânicas nessas amostras. O valor de
RTCD igual 0,12 MPa é citado em algumas bibliografias como sendo um
indicativo da fronteira entre as fases cimentada e modificada das misturas
de solo-cal;
b) Foram encontrados melhores valores de RTCD, após a inserção da cal,
para as amostras ensaiadas com o solo Am-A. Constatou-se ainda que as
amostras de solo Am-B mais cal (em pó e em pasta), mesmo
apresentando valores de resistências superiores a 0,12 MPa para algumas
misturas, não podem ser qualificadas em camadas nobres de rodovias;
c) Com relação à forma de aplicação do estabilizante ao solo Am-A,
verificou-se, de um modo geral, uma melhor aplicabilidade da técnica da
cal em pó. Para essa mesma amostra de solo foi constatado melhores
resultados de RTCD após a inserção de 5% de cal, para as duas formas de
aplicação do estabilizante (cal em pó e cal em pasta), coincidindo com o
encontrado durante a análise da RCS dessas amostras;
d) Para as misturas de solo Am-B mais cal em pó foi constatado melhores
incrementos de RTCD para as misturas ensaiadas com 7% desse
estabilizante. Já para as amostras de solo Am-B mais cal em pasta foram
encontrados melhores valores de RTCD para as misturas tratadas com
3% do estabilizante. Esses resultados indicam algumas divergências no
comportamento dessas amostras quando comparados com os resultados
de RCS, uma vez que foram observados melhores incrementos de
resistência, durante à realização desse último ensaio, nas amostras
tratadas com 5% de cal (em pó e em pasta). Desconhece-se a razão para a
ocorrência desse fato.
163
5.1.2.6. Quanto aos Resultados dos ensaios de MR
a) A adição da cal nas amostras dos solos analisadas proporcionou
melhorias no comportamento resiliente destas, sendo verificado, para
maiorias das misturas de solo-cal ensaiadas, incrementos nos valores de
MR com aumento do tempo de cura e da percentagem de cal adicionada;
b) O comportamento resiliente das misturas de solo-cal, ensaiadas com a
amostra de solo Am-A, foi tanto melhor quanto maior o teor de
estabilizante adicionado. Porém, em alguns casos, como para as amostras
ensaiadas logo após a moldagem, um aumento no teor da cal não
ocasionou melhorias adicionais nos valores de MR.
c) Verificou-se a supremacia do modelo composto, frente aos modelos
clássicos, na análise das amostras dos solos naturais Am-A e Am-B,
assim como para suas misturas modificadas/estabilizadas pela cal.
d) Com relação à forma de aplicação da cal nas misturas com o solo Am-A,
constatou-se que as duas técnicas analisadas (cal em pó e cal em pasta)
proporcionaram bons resultados de MR. Verificou-se, porém, que as
misturas estabilizadas com cal em pó apresentaram resultados de MR
levemente melhores que os obtidos para as misturas com cal em pasta.
e) Com relação à forma de aplicação da cal nas misturas de solo-cal
estabilizadas, ensaiadas com a amostra de solo Am-B, não foi constatado
diferenças significativas nos valores de MR.
5.1.2.7. Quanto ao Dimensionamento do Pavimento Proposto
a) Com relação à análise mecanística realizada para a estrutura do
pavimento rodoviário constatou-se que a mesma atendeu às
especificações, retiradas da norma DNER PRO 269/94, da deflexão
máxima admissível e da tensão vertical admissível no topo do subleito,
com uma confiabilidade de 99,8% para o uso em rodovias de tráfego leve
e médio e com uma confiabilidade de 95,0% para o uso em rodovias de
tráfego pesado.
164
5.1.3. Principais Conclusões
Com base nos principais resultados encontrados nesta pesquisa conclui-se que:
a) A cal exerceu influência de maneira imediata na resistência dos solos
analisados, reduzindo ou anulando a plasticidade destes e melhorando a
trabalhabilidade dos mesmos;
b) A resistência das amostras estabilizadas aumenta, de um modo geral,
para períodos de cura mais longos e para maiores teores da cal. Porém,
foram verificados padrões distintos de resistência para os solos
estudados;
c) A adição da cal modificou as curvas de compactação das misturas de
solo-cal, aumentando a umidade ótima das mesmas e diminuindo o peso
especifico aparente seco máximo destas;
d) A amostra de solo Am-A apresentou melhores incrementos de resistência
que a amostra de solo Am-B, após a estabilização com a cal.
e) À luz dos resultados de RCS, constatou-se que a aplicação da cal pode
ser utilizada satisfatoriamente na estabilização do solo designado por
Am-A. Enquanto que para a amostra de solo Am-B não foram
encontrados incrementos de resistência tais que pudessem classificar este
solo como apto a estabilização com a cal, para o uso em camadas nobres
de rodovias;
f) Os valores de MR das misturas de solo-cal, ensaiadas com os solos
Am-A e Am-B, apresentaram valores condizentes, para pares de tensões
elevadas, com materiais utilizados em camadas de base e de subbase de
rodovias;
g) As duas formas de aplicação da cal proporcionaram resultados bem
parecidos, constatando-se, porém, uma melhor aplicabilidade da forma
convencional (cal em pó);
165
h) O dimensionamento mecanístico indicou o uso satisfatório da amostra de
solo Am-A em camadas de bases revestidas de rodovias de baixo volume
de tráfego.
5.2. PRINCIPAIS SUGESTÕES
Com o intuito de complementar a pesquisa apresentada neste trabalho, sugere-se:
a) Realizar difratogramas de raios-X, em misturas de solos estabilizadas
com cal em pó e em pasta, a fim de verificar a cinética da reação de
hidratação nas misturas estabilizadas.
b) Realizar uma Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) nas amostras
de solos analisadas e em suas misturas estabilizadas.
c) Realizar um ensaio de termogravimetria nas amostras de solos naturais e
em suas misturas estabilizadas, com o intuito de conhecer a porcentagem
de cada componente presente nas amostras ensaiadas e a retenção de
água (H2O) nas misturas de solo-cal após o tempo de cura.
d) Investigar a possibilidade de aplicação de outras técnicas de estabilização
aos solos analisados na pesquisa, como a de solo-emulsão, a fim de
verificar qual a melhor técnica construtiva em termos técnicos,
econômico e financeiros.
e) Estudar o comportamento à fadiga das misturas de solos estabilizadas
quimicamente pela cal.
f) Promover a cura das misturas de solo-cal em diferentes temperaturas e
verificar a variação das propriedades mecânicas e hidráulicas das
misturas.
g) Investigar o processo de imprimação em camadas estabilizadas pela cal,
variando-se o tipo e a taxa de ligante empregado.
h) Avaliar o desempenho de pavimentos rodoviários executados com
camadas estabilizadas pela cal e verificar a evolução do comportamento
mecânico da estrutura, com o passar do tempo e após os efeitos oriundos
166
do tráfego sobre esta, correlacionando com o desempenho observado em
laboratório, por meio de simuladores de tráfego.
5.2.1. Proposta Preliminar Para Investigação da Compatibilidade da Cal Com o Solo
Com base na experiência adquirida após o desenvolvimento desta pesquisa,
sugere-se um método preliminar e simplificado de análise da compatibilidade de um
solo à estabilização química com a cal. Este modelo propõe uma análise inicial das
características físicas do solo e das possibilidades freqüentemente adotadas para a
melhoria destas. Em seguida, apresenta as características que uma amostra de solo deve
ter para ser enquadrada, preliminarmente, como apta a estabilização com a cal. Por fim,
o modelo propõe a utilização do método de dosagem desenvolvido por THOMPSON
(1966), a fim de obter a percentagem ótima de cal a ser aplicada para atender às
especificações do projeto.
Figura 5.1: Proposta preliminar para investigação da compatibilidade da cal com o
solo.
167
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