estudo da viabilidade de dosagem de solo cimento

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36.a REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO – 36.ª RAPv
CURITIBA/PR - BRASIL - 24 a 26 de agosto de 2005
Local: Auditório I da Federação das Indústrias do Estado do Paraná (FIEP)
ESTUDO DA VIABILIDADE DE DOSAGEM DE SOLO CIMENTO
UTILIZANDO O ENSAIO DA PASTILHA DA MCT
Rita Moura Fortes1; Alessandra Christina Andrade Figueiredo2 Leandro Agostinho3 & Osmar
Alves4
1
Professora Dr. do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Presbiteriana Mackenzie – UPM
R. da Consolação, 896 – Prédio 6 – CEP 01302-907 – São Paulo – SP e-mail: [email protected]
2
Graduanda de Engenharia Civil da UPM
3
Graduando de Engenharia Civil da UPM
4
Laboratorista do curso de Engenharia Civil da UPM
R. da Consolação, 896 – Prédio 6 – CEP 01302-907 – São Paulo – SP
RESUMO
A dosagem das misturas utilizadas como camada intermediária dos pavimentos exige tempo e recursos que podem
comprometer mais de 20% das verbas de projeto. Nas modalidades existentes hoje de contrato, busca-se racionalizar os
recursos e por vezes, a racionalização se torna uma economia que acaba por comprometer a definição da solução mais
adequada. Os indicadores financeiros dos projetos executivos de rodovias de pista simples sugerem às vezes, números
que são preocupantes. O valor gasto num projeto pode ser algo como 3% dos custos da obra e o estudo completo de
todos os materiais que devem garantir a vida útil do pavimento podem representar uma porcentagem inferior a 1% dos
custos da obra. No entanto, um erro nessa fase, pode comprometer seriamente toda a estrutura viária. Objetivando
economizar o binômio tempo e dinheiro na fase de estudo de dosagem para bases estabilizadas granulometricamente e
que fornece subsídios ao engenheiro no momento de tomar a decisão na matriz de solução das alternativas a serem
estudadas em profundidade, foi desenvolvido um procedimento complementar à metodologia MCT. Assim sendo, é
necessário o desenvolvimento de ensaios simples para auxiliar na dosagem dessa mistura com cimento. Esta pesquisa
objetiva apresentar o potencial da utilização do ensaio da pastilha da MCT com algumas modificações, na fase inicial da
dosagem de solo cimento, para estudar o potencial de misturas com diferentes dosagens de cimento Portland.
PALAVRAS-CHAVE: Ensaio de pastilha, MCT, solo cimento, bases, cimento Portland.
ABSTRACT
The mix design of the usual mixtures using in intermediate pavement layers demands time and resources that can spend
more than 20% of the total cost of the pavement. Actually, in the usually contract modalities, it is important to look for
the rationalizing of the resources, but sometimes this process puts in risk the adjusted solution. The financial pointers of
the executive highways design using simple lane suggest sometimes, numbers that are worrying. The money spends in a
project will be around 3% of total construction costs and the complete study of all materials that must guarantee the
useful life of the pavement can represent unless than 1% of the total costs. However, an error in this step, can
compromise definitively the road structure. Objectifying to the best use of time and money in the study phase of dosage
for stabilized granular bases and that it supplies subsidies to the engineer at the moment to take the decision in the
solution matrix of the alternatives to be really studied, there was developed a complementary procedure of MCT
methodology. Thus being, the development of simple tests is necessary to help in the cement mix design. This research
was developed using the MCT disc method, in the preliminary phase, with some modifications, to study the potential of
mixtures with different Portland cement dosages.
KEY WORDS: MCT disc method, cement soil, bases, Portland cement.
Trabalho 36ª RAPv- 096
36a REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO - 36a RAPv
Curitiba - BRASIL - 24 a 26 de agosto de 2005
INTRODUÇÃO
As rodovias geralmente possuem um papel fundamental nas sociedades modernas e em particular nos aglomerados
urbanos que se constituem nas áreas lindeiras ao seu posicionamento. Utilizada como elemento chave no escoamento da
produção das sociedades e como ele entre os pólos de lazer, muitas vezes servem de base para a implantação de núcleos
urbanos.
O Estado de São Paulo, conta atualmente com cerca de 220.000 quilômetros de rodovias dos quais 20.000
pavimentados e 200.000 em estradas de terra.
Sendo o Brasil um país de clima predominantemente tropical, salienta-se a importância excepcional de utilização de
uma metodologia de identificação e classificação, que atenda as peculiaridades desses solos.
Os solos das regiões tropicais apresentam uma série de peculiaridades decorrentes das condições climáticas, sendo,
portanto necessário se conceituar os solos de peculiaridades tropicais, ou seja, os tipos genéticos de solos encontrados
em regiões tropicais [1;2].
No que se refere às classificações genéticas, pedológicas e geológicas, pode-se dizer que são essencialmente científicas,
preocupando-se com a origem e evolução dos solos [3].
As classificações mais utilizadas são a Unified Soil Classification System (USCS) ou, Classificação Unificada
desenvolvida por Arthur Casagrande. Ela também se baseia na granulometria e nos limites de Atterberg, sendo que o
“Earth Manual” do U.S. Bureau of Reclamation apresentou em 1974, uma interpretação dessa classificação para fins
rodoviários, com a consideração de importantes propriedades geotécnicas, entre elas: permeabilidade, resistência ao
cisalhamento após compactação e saturação e compressibilidade e a adotada pela American Association of State
Highway Officials (AASHO) (ASTM), baseada naquela desenvolvida inicialmente pelo Bureau of Public Roads em
1928, que classifica o solo com base na granulometria, limite de liquidez e índice de plasticidade [4,5].
Diversos autores como Lumb [6], Moh and Mazhar [7], Lyon Associates [8], Gidigasu [9], Nogami e Villibor [10] e
Mitchell e Sittar [11] tem investigado e alertado para as limitações dessas classificações quando aplicadas a solos
tropicais, mostrando severas discrepâncias do comportamento geotécnico esperado.
Assim, por exemplo, os solos que se classificam no grupo A-7-5, quando adequadamente compactados, podem se
comportar como um ótimo subleito, caso laterítico, ou um péssimo subleito, caso saprolítico (baixa capacidade de
suporte, muito resiliente e elevada expansão).
Outro exemplo é o de solos do grupo A-4 com comportamento laterítico utilizados com sucesso em bases de
pavimentos, ao passo que muitos solos saprolíticos pertencentes a esse mesmo grupo constituem freqüentemente um
péssimo subleito. Na condição ótima de compactação da energia normal este solo apresenta um valor de CBR da ordem
de 3%, no caso de solo saprolítico, ao passo que solos deste grupo, quando laterítico pode atingir valor de CBR superior
a 30%, na mesma condição de compactação e superior a 80% na energia intermediária.
A classificação de solos MCT utiliza amostras de 50-mm de diâmetro compactadas de acordo com a adaptação feita no
procedimento do United Kingdom Transportation and Road Research Laboratory (TRRL), apresentado por Parsons
[12], Parsons and Borden [13], e o ensaio de perda de massa por imersão. Esta classificação não se utiliza das
propriedades índice: granulometria e limites de Atterberg (limite de liquidez e limite de plasticidade) como as
classificações tradicionais de solos.
Esta classificação visa agrupar os solos tropicais de acordo com suas peculiaridades de comportamento sob o ponto de
vista mecânico e hidráulico [4]. Contudo para esses grupos de solos, não existia ainda, um procedimento expedito
consolidado como aquele desenvolvido por Casagrande, para a sua identificação.
Assim sendo, um procedimento de identificação dos solos foi inicialmente desenvolvido por Nogami e Cozzolino, em
1985. Em 1991, foi escrita a primeira proposta para o procedimento de ensaio e identificação dos grupos MCT, que
corresponde a uma série de determinações rápidas e simples, baseada em índices empíricos e determinações
qualitativas, utilizando aparelhagem simples, podendo ser executada no campo, identificando-se com um baixo custo,
os solos de comportamento laterítico, dos de comportamento não-laterítico, conforme grupos da classificação MCT
[14].
Em 1994 e 1996, Nogami e Villibor apresentaram simplificações do método, conseguindo obter a identificação dos
grupos MCT através de um gráfico do valor da contração diametral versus penetração [15,16].
CLASSIFICAÇÃO MCT
Os solos lateríticos e saprolíticos, segundo a classificação MCT, podem pertencer aos seguintes grupos:
Solos de comportamento laterítico, designado pela letra L, sendo subdivididos em 3 grupos: LA - areia laterítica
quartzosa; LA’ - solo arenoso laterítico e LG’ - solo argiloso laterítico.
Solos de comportamento não laterítico (saprolítico), designados pela letra N, sendo subdivididos em 4 grupos: NA –
areias, siltes e misturas de areias e siltes com predominância de grão de quartzo e/ou mica, não laterítico; NA’– misturas
de areias quartzosas com finos de comportamento não laterítico (solo arenoso); NS’– solo siltoso não laterítico e NG’–
solo argiloso não laterítico [4].
Na tabela 1 estão apresentadas as propriedades dos grupos de solos da MCT
Tabela 1 – Propriedades e Utilização dos Grupos de Solos da MCT [4]
ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM CIMENTO PORTLAND
A origem dos estabilizadores de solos remontam à Roma antiga. A necessidade de desenvolver-se aditivos capazes de
melhorar as qualidades de grandes quantidades de solos surgiu como uma alternativa para a utilização de cal e cimento,
que possuíam o inconveniente de precisar ser transportados em grande quantidade, em viagens intercontinentais, além
de demandarem um tempo considerável para que as reações de cura ocorressem. Vários destes aditivos foram
desenvolvidos, alguns à base de hidrocarbonetos saturados, copolímeros, ácidos sulfônicos, cloretos de cálcio ou sódio,
mas muitos deles apresentavam como inconveniente ou a dificuldade de mistura ou a sensibilidade ao tipo de solo ou o
alto custo ou até mesmo a contaminação de solos, tendo o seu uso restrito pela legislação ambiental vigente na Europa e
América do Norte. Portanto, para a utilização de aditivos, no caso de solo cal ou solo cimento, o Brasil possui normas e
trabalhos de pesquisa desenvolvidos com sucesso. Já a utilização de aditivos químicos, é de suma importância que se
verifique se a sua constituição não possui elementos contaminantes e que também se realize ensaios para verificar o
desempenho do aditivo na melhoria das propriedades do solo.
Desde 1935, o PCA (Portland Association) tem desenvolvido pesquisas dos solos estabilizados com cimento Portland
aplicados em pavimentação de estradas. A idéia já existia desde 1921. No Brasil, a Associação Brasileira de Cimento
Portland iniciou seus trabalhos em 1941, tendo como pavimentação pioneira o Aeroporto de Petrolina. O solo-cimento é
o material produzido sob controle e resultante do endurecimento de uma mistura homogênea, adequadamente
compactada e curada, de solo(s) destorroado(s) com cimento Portland comum e água, em proporções determinadas no
respectivo projeto. Eventualmente, podem entrar na mistura materiais como pedregulho ou a pedra britada.
ADAPTAÇÕES EFETUADAS NO MÉTODO DE ENSAIO DAS PASTILHAS:
Para a realização dos ensaios da pesquisa foi utilizado o Método Expedito de Ensaio das Pastilhas conforme a
metodologia MCT [17, 18, 19].
Nessa pesquisa utilizou-se quatro porcentagens de adição de cimento em comparação com os resultados obtidos para o
solo ao natural (sem cimento), 3%, 5% e 8%, em peso sobre a amostra seca, de cimento Portland.
Para cada amostra de solo foram feitas quatro misturas diferentes, com a composição detalhada a seguir:
-Amostra 1 (sem adição de cimento): 20 gramas de solo e 12 ml de água;
-Amostra 2 (3% de cimento): 20 gramas de solo, 12 ml de água e 6 gramas de cimento;
Para cada amostra, foram moldadas 3 pastilhas de cada mistura para cada período de cura, estes de 1, 3 e 7 dias (Figura
1).
Figura 1: Pastilhas moldadas e deixadas para cura do cimento.
Para a cura das pastilhas com cimento foi utilizado um método antigo e muito fácil de ser executado em qualquer
laboratório fixo ou de campo, o método da cura com serragem.
Em um recipiente foi colocada serragem úmida e sobre uma placa de vidro foram colocadas as pastilhas moldadas. Elas
foram cobertas com um pano limpo e úmido para que não houvesse contaminação da amostra, e depois com serragem
úmida deixando as pastilhas totalmente cobertas com pelo menos 15 cm de serragem. Finalmente o recipiente foi
tampado para impedir a evaporação da água. Percebeu-se que mesmo após os 7 dias de cura as pastilhas se mantiveram
úmidas e que não ocorreu o aparecimento de trincas, significando que o processo de cura foi satisfatório.
Um esquema de como foi montada a cura com a serragem está mostrado na Figura 2.
Tampa
Pano Limpo
Serragem
Pastilhas
Placa de Vidro
Figura 2: Esquema cura com serragem.
Após o tempo de cura, as pastilhas foram retiradas da serragem e levadas a estufa por 6 horas, a temperatura de 60° C.
Após as 6 horas, mediu-se com o auxílio do paquímetro a contração da pastilha em relação ao diâmetro do anel de
moldagem. Foram realizadas três medidas em cada pastilha e obteve-se a contração média para a classificação
preliminar (Figura 3).
Figura 3: Determinação da contração da pastilha.
Após a determinação da contração, as pastilhas foram colocadas sobre placas porosas para simular a absorção de água
da mistura (Figura 4) [14].
Figura 4: Aparato para reabsorção de água.
Após as pastilhas estarem totalmente saturadas, efetuou-se a determinação da penetração da pastilha. Para uma maior
precisão foi utilizado um penetrômetro universal com adaptações para atender o ensaio das pastilhas (Figura 5).
Figura 5: medida da penetração na pastilha.
Com os resultados do valor da penetração e da contração diametral obtidos, determinou-se a Classificação MCT
Preliminar da Amostra, utilizando-se o ábaco da Figura 6.
Figura 6: Ábaco de Classificação Preliminar MCT.
RESULTADOS OBTIDOS
Os resultados obtidos estão colocados na Tabela 2.
A amostra 1 era um solo de comportamento não laterítico NS’-NG’. A amostras 2 e 3 eram solos de comportamento
laterítico LA-LG’ e LG’, respectivamente.
As misturas: 1 foram realizadas sem adição de cimento, a 2 com 3% de cimento, a 3 com 5% e a 4 com 8%.
Cabe salientar que as pastilhas foram moldadas, as com adição de cimento curadas e após seguiu o procedimento
normal do ensaio de pastilhas, determinando-se a contração e penetração e classificando-se a mistura através do ábaco
da Figura 6.
Tabela 2: Resultados obtidos
AMOSTRA 1

Mistura
Contração (mm)
Penetração (mm)
24 horas de cura em ambiente úmido (1 dia)
1
0,95
7,20
2
0,90
4,76
3
0,90
1,20
4
0,65
0,10
72 horas de cura em ambiente úmido (3 dias)
1
1,10
7,00
2
0,18
5,70
3
< 0,1
0,00
4
< 0,1
0,00
1
0,85
7,33
2
0,40
2,87
3
< 0,1
0,00
4
< 0,1
0,00
AMOSTRA 2
1
1,40
0,90
2
1,28
0,00
3
0,88
0,00
4
1,05
0,00
72 horas de cura em ambiente úmido
1
1,05
0,30
2
0,82
0,00
3
0,49
0,00
4
0,53
0,00
1
1,04
0,36
2
1,18
0,00
3
0,68
0,00
4
0,92
0,00
AMOSTRA 3
1
1,73
0,00
2
1,74
0,00
3
1,40
0,00
4
1,36
0,00
1
1,24
0,00
2
1,14
0,00
3
1,35
0,00
4
1,03
0,00
1
0,90
0,00
2
0,83
0,00
3
0,54
0,00
4
0,46
0,00
Classificação MCT
(preliminar)
NS´- NG´
NS´- NG´
LA´- LG´
LA´
NS´- NG´
NA´- NS´
NA
NA
NS´/ NA´
NA´/ NS´
NA
NA
LA´- LG´
LA´- LG´
LA´
LA´- LG´
LA´- LG´
LA´
LA - LA´
LA - LA´
LA´- LG´
LA´- LG´
LA
LA – LG´
LG´
LG´
LA´- LG´
LA´- LG´
LA´- LG´
LA´- LG´
LA´- LG´
LA´- LG´
LA - LA´
LA - LA´
LA
LA
Penetração (mm)
Os resultados observados na Tabela 2 estão também representados na Figura 7.
0,15
0,22
1,4
0,55
0,9
Contração diametral (mm)
Am. 1 – 0% de cimento – cura: 24 horas
Am. 2– 0% de cimento – cura: 24 horas
Observou-se que para a amostra 1: NS’-NG’ a adição de cimento aumentou a resistência à penetração. Com
porcentagens de 5 a 8%, o solo passou a apresentar comportamento laterítico.
Na amostra 2 e 3, observa-se que para os solos de comportamento laterítico, com a adição de cimento há uma tendência
do mesmo apresentar um comportamento mais arenoso, embora fique mais uma vez bem claro, que se o solo é bom, ele
não precisa de aditivo, assim como o paciente saudável não precisa de remédio.
CONCLUSÕES FINAIS
Observou-se que este ensaio apresenta potencial para ser utilizado na dosagem de solo cimento, com a vantagem de ser
simples e expedito. No entanto, é importante que antes de se utilizar qualquer material como referência de projeto, se
faça a sua dosagem completa, para verificar qual a porcentagem de adição de cimento que atenderá melhor o
desempenho desejado. Observa-se que o fator tempo de cura é muito importante e que dependendo desse tempo, podese obter os parâmetros almejados com uma menor porcentagem de cimento. Este procedimento pode ser utilizado na
fase de estudo de viabilização de jazidas e da determinação da ordem de grandeza do teor de cimento, no entanto, sua
limitação, dada a sua simplicidade, não permite ser utilizado como elemento final indicativo de projeto. Aliás,
recomenda-se fazer, após a dosagem, um estudo para previsão de desempenho, para que se possa fazer uma melhor
utilização dos materiais.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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[18] Fortes, Rita Moura, Zuppolini Neto, Alexandre & Merighi, João Virgilio “Proposta de Normalização do Método
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[19] Fortes, Rita Moura & Merighi, João Virgilio. THE USE OF MCT METHODOLOGY FOR RAPID
CLASSIFICATION OF TROPICAL SOILS IN BRAZIL IJP - International Journal of Pavements, Vol.2, No.3,
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