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SNP38D53 – Técnicas de Melhoramento de Solos
Solo-cimento
Prof.: Flavio A. Crispim (FACET/SNP-UNEMAT)
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE
MATO GROSSO
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
SINOP - MT
2015
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Técnicas de melhoramento
Tec. de Melhoramento de Solos
Melhoramento x Estabilização
Melhoramento
Modificação da plasticidade e sensibilidade à água
Estabilização
Há aumento expressivo na resistência mecânica do solo
2
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Técnicas de melhoramento
Técnicas
Física
Térmica
Eletrocinética
Mecânica
Compactação
Substituição de material
Química
Adição de aditivos químicos (cal,
cimento, betume...)
Tec. de Melhoramento de Solos 3
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Técnicas de melhoramento
Técnicas
Física
Térmica
Eletrocinética
Mecânica
Compactação
Substituição de material
Química
Adição de aditivos químicos (cal,
cimento, betume...)
Tec. de Melhoramento de Solos 4
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Introdução
Solo-cimento – resultado da mistura de solo + água + cimento
Proporções são determinadas em laboratório
Quantitativos diferentes de água e cimento para obtenção de mistura
com características adequadas de resistência e durabilidade
Tec. de Melhoramento de Solos 5
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Introdução
Solo-cimento – resultado da mistura de solo + água + cimento
Proporções são determinadas em laboratório
Quantitativos diferentes de água e cimento para obtenção de mistura
com características adequadas de resistência e durabilidade
Tec. de Melhoramento de Solos 6
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Introdução
Solo-cimento – resultado da mistura de solo + água + cimento
Em bases e sub-bases estabilizadas com cimento (DNIT)
Solo-cimento (% cimento ≈ 6% a 10%)
Deve satisfazer a certos requisitos de densidade, durabilidade e
resistência, resultando em material duro, cimentado, de acentuada
rigidez à flexão
Solo melhorado com cimento (% cimento ≈ 2% a 4%)
Modificação da plasticidade e sensibilidade à água, sem cimentação
acentuada (são consideradas bases flexíveis)
Tec. de Melhoramento de Solos 7
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Introdução
Solo-cimento – resultado da mistura de solo + água + cimento
Em bases e sub-bases estabilizadas com cimento (DNIT)
Solo-cimento (% cimento ≈ 6% a 10%)
Aplicado em bases e sub-bases de pavimento
Solo melhorado com cimento (% cimento ≈ 2% a 4%)
Aplicado em aterros e subleito para melhoramento imediato das
propriedades mecânicas do solo, para que seja possível a
compactação e tráfego
Tec. de Melhoramento de Solos 8
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Introdução
Solo-cimento – resultado da mistura de solo + água + cimento
Água + cimento = produtos de hidratação (silicatos hidratados de
cálcio, aluminatos hidratados de cálcio e cal hidratada)
Os dois primeiros produtos constituem os principais componentes da
cimentação
Tec. de Melhoramento de Solos 9
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Introdução
Solo-cimento – resultado da mistura de solo + água + cimento
Solos granulares - estabilização ocorre devido a forças de adesão
resultantes da cimentação
Silicatos e aluminatos de cálcio ligam–se às partículas de solo,
conferindo maior resistência à mistura
Tec. de Melhoramento de Solos 10
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Introdução
Solo-cimento – resultado da mistura de solo + água + cimento
Solos granulares - estabilização ocorre devido a forças de adesão
resultantes da cimentação
Silicatos e aluminatos de cálcio ligam–se às partículas de solo,
conferindo maior resistência à mistura
Tec. de Melhoramento de Solos 11
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Introdução
Solo-cimento – resultado da mistura de solo + água + cimento
As últimas reações - são pozolânicas e ocorrem em velocidade mais
lenta
Os compostos CSH e CAH são os agentes cimentantes responsáveis
pelo ganho de resistência
Tec. de Melhoramento de Solos 12
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Introdução
Solo-cimento – resultado da mistura de solo + água + cimento
Tec. de Melhoramento de Solos 13
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Introdução
Solo-cimento – resultado da mistura de solo + água + cimento
Ensaios – solo natural
LL, LP, granulometria, absorção e peso específico
Ensaios – misturas
LL, LP, granulometria, compactação na energia do Proctor normal,
durabilidade molhagem-secagem
Tec. de Melhoramento de Solos 14
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Introdução
Solo-cimento – resultado da mistura de solo + água + cimento
Dosagem
Norma geral - aplicada a qualquer solo
Norma simplificada – aplicada a solos granulares
Portland Cement Association (PCA)
No Brasil – ET 35 (ABCP, 2004)
Tec. de Melhoramento de Solos 15
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Em geral para fins de pavimentação podem ser empregados solos
(TRB)
- diâmetro máximo = 75 mm
- passando na peneira nº4 (4,8 mm) ≥ 50%
- passando na peneira nº40 (0,42 mm), de 15% a 100%
- passando na peneira nº200 (0,075 mm) ≤ 50%
- LL ≤ 40%
- IP ≤ 18%
Tec. de Melhoramento de Solos 16
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
a) identificação e classificação do solo
b) escolha do teor de cimento para o ensaio de compactação
c) execução do ensaio de compactação do solo-cimento
d) escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade
e) moldagem de corpos de prova para ensaio de durabilidade
f) execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem
g) escolha do teor de cimento adequado em função dos resultados dos
ensaios
Tec. de Melhoramento de Solos 17
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
a) identificação e classificação do solo
- massa específica dos grãos de solos (NBR 6508)
- LL (NBR 6459)
- LP (NBR 7180)
- análise granulométrica dos solos (NBR 7181)
- absorção de água dos grãos de pedregulho (NBR 6458)
Tec. de Melhoramento de Solos 18
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
b) escolha do teor de cimento para o ensaio de compactação
Em geral, são ensaiados três teores, diferindo do teor médio de 2
pontos porcentuais
Tec. de Melhoramento de Solos 19
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
b) escolha do teor de cimento para o ensaio de compactação
Curva de compactação varia muito pouco para pequenas diferenças na
quantidade de cimento
Pode-se realizar uma única curva de compactação para o teor médio
de cimento
Isto não se aplica a estudos aprofundados (pesquisas, solos
peculiares...)
Tec. de Melhoramento de Solos 20
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
b) escolha do teor de cimento para o ensaio de compactação
Para fixar os teores de cimento - comparar o solo com outros solos
parecidos já ensaiados
Tec. de Melhoramento de Solos 21
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
b) escolha do teor de cimento para o ensaio de compactação
Não havendo outras informações
Tec. de Melhoramento de Solos 22
Classificação (AASHTO-TRB) Teor de cimento em massa (%)
A-1-A 5
A-1-B 6
A-2 7
A-3 9
A-4 10
A-5 10
A-6 12
A-7 13
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
c) execução do ensaio de compactação do solo-cimento
NBR 12023
Tec. de Melhoramento de Solos 23
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
c) execução do ensaio de compactação do solo-cimento
NBR 12023 (energia normal)
Tec. de Melhoramento de Solos 24
w d
wot, d max d max
Solo puro (0%)
w
d
Aumento na % cimento
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
d) escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade
Conforme experiência ou conforme as Tabelas a seguir
Tec. de Melhoramento de Solos 25
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral – procedimento – solos granulares
d) escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade
Tec. de Melhoramento de Solos 26
Pedregulho
grosso
Silte + Argila Peso específico seco máximo
(kN/m³)
(%) (%) 17,13 a
17,93
17,93 a
18,75
18,75 a
19,57
19,57 a
20,39
20,39 a
21,20
21,20
ou mais
0-19 10 9 8 7 6 5
0-14 20-39 9 8 7 7 5 5
40-50 11 10 9 8 6 5
0-19 10 9 8 6 5 5
15-29 20-39 9 8 7 6 6 5
40-50 12 10 9 8 7 6
0-19 10 8 8 6 5 5
30-45 20-39 11 9 9 7 6 5
40-50 12 11 11 9 8 6
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral – procedimento – solos siltosos e argilosos
d) escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade
Tec. de Melhoramento de Solos 27
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral – procedimento – solos siltosos e argilosos
d) escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade
Tec. de Melhoramento de Solos 28
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
e) moldagem de corpos de prova para ensaio de durabilidade
Conforme ensaio de compactação
wot, d max, energia normal
Tec. de Melhoramento de Solos 29
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
f) execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem
- Após 7 dias de cura em câmara úmida → cp’s são imersos em água
por 5 h
- Depois ficam em estufa (71ºC ± 2ºC) por 42 h
- Ao fim deste período, os cp’s são escovados
- Repete-se o procedimento 12x
Tec. de Melhoramento de Solos 30
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
f) execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem
- Finalmente calcula-se a perda de massa
Pm = perda de massa
Ms = massa seca inicial
Mf = massa seca final corrigida
Tec. de Melhoramento de Solos 31
𝑃𝑚 =𝑀𝑠 −𝑀𝑓
𝑀𝑠
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
f) execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem
- Finalmente calcula-se a perda de massa
Mf = massa seca final corrigida
M = massa seca a 110º C
A = % de água retida no corpo de prova
Tec. de Melhoramento de Solos 32
𝑀𝑓 = 100.𝑀
𝐴 + 100
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
g) escolha do teor de cimento adequado
Tec. de Melhoramento de Solos 33
% cimento
Baixos teores – redução expressiva na perda de massa
Altos teores – redução pequena na perda de massa
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Geral - procedimento
g) escolha do teor de cimento adequado
Tec. de Melhoramento de Solos 34
Solo (AASHTO-TRB) Perda em peso (%)
A-1, A-2-4, A-2-5 e A-3 14
A-2-6, A-2-7, A-4 e A-5 10
A-6 e A-7 7
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada
Tempo de execução menor
Incorpora a resistência à compressão não confinada aos 7 dias de cura
Aplicável apenas a solos arenosos
Silte + Argila < 50%
Argila < 20%
Método A - % retida na peneira de 4,8 mm igual a zero
Método B - % retida na peneira de 4,8 mm maior que zero
Tec. de Melhoramento de Solos 35
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento
a) ensaios preliminares do solo
b) ensaio de compactação do solo-cimento
c) determinação da resistência à compressão não confinada (RCNC)
aos 7 dias de cura
d) comparação entre a RCNC média obtida nos corpos de prova e a
RCNC mínima admissível para o solo em estudo
Tec. de Melhoramento de Solos 36
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento
a) ensaios preliminares do solo
- massa específica dos grãos de solos (NBR 6508)
- LL (NBR 6459)
- LP (NBR 7180)
- análise granulométrica dos solos (NBR 7181)
- absorção de água dos grãos de pedregulho (NBR 6458)
Tec. de Melhoramento de Solos 37
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método A
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Tec. de Melhoramento de Solos 38
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método A
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Tec. de Melhoramento de Solos 39
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método A
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Estimar o teor de cimento
Tec. de Melhoramento de Solos 40
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método A
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Estimar o teor de cimento
Tec. de Melhoramento de Solos 41
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método A
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Estimar o teor de cimento
Executa-se o ensaio de compactação
Com d max obtém-se novo teor de cimento
Tec. de Melhoramento de Solos 42
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método A
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Estimar o teor de cimento
Executa-se o ensaio de compactação
Com d max obtém-se novo teor de cimento
Tec. de Melhoramento de Solos 43
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método A
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Estimar o teor de cimento
Executa-se o ensaio de compactação
Com d max obtém-se novo teor de cimento
Compactam- se 3 cp’s
É comum ensaiar também teores de cimento de +/- 2 p.p.
Total de 9 cp´s
Tec. de Melhoramento de Solos 44
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método A
c) RCNC aos 7 dias de cura
Após 7 dias de cura → RCNC dos 9 cp’s
Tec. de Melhoramento de Solos 45
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método A
d) comparação entre a RCNC média e a RCNC mínima admissível
Após 7 dias de cura → RCNC dos 9 cp’s
RCNC média (cada % cimento – 3 cp’s) > RCNC admissível
Tec. de Melhoramento de Solos 46
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método A
d) comparação entre a RCNC média e a RCNC mínima admissível
Após 7 dias de cura → RCNC dos 9 cp’s
RCNC média (cada % cimento – 3 cp’s) < RCNC admissível
Norma Geral
Tec. de Melhoramento de Solos 47
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método B
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Tec. de Melhoramento de Solos 48
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método B
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Estimar o teor de cimento
Tec. de Melhoramento de Solos 49
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método B
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Estimar o teor de cimento
Executa-se o ensaio de compactação
Com d max obtém-se novo teor de cimento
Tec. de Melhoramento de Solos 50
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método B
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Estimar o teor de cimento
Executa-se o ensaio de compactação
Com d max obtém-se novo teor de cimento
Tec. de Melhoramento de Solos 51
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método B
b) ensaio de compactação do solo-cimento
Estimar d max
Estimar o teor de cimento
Executa-se o ensaio de compactação
Com d max obtém-se novo teor de cimento
Compactam- se 3 cp’s
É comum ensaiar também teores de cimento de +/- 2 p.p.
Total de 9 cp´s
Tec. de Melhoramento de Solos 52
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método B
c) RCNC aos 7 dias de cura
Após 7 dias de cura → RCNC dos 9 cp’s
Tec. de Melhoramento de Solos 53
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método B
d) comparação entre a RCNC média e a RCNC mínima admissível
Após 7 dias de cura → RCNC dos 9 cp’s
RCNC média (cada % cimento – 3 cp’s) > RCNC admissível
Tec. de Melhoramento de Solos 54
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método B
d) comparação entre a RCNC média e a RCNC mínima admissível
Após 7 dias de cura → RCNC dos 9 cp’s
RCNC média (cada % cimento – 3 cp’s) > RCNC admissível
Tec. de Melhoramento de Solos 55
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Dosagem
Norma Simplificada - procedimento – Método B
d) comparação entre a RCNC média e a RCNC mínima admissível
Após 7 dias de cura → RCNC dos 9 cp’s
RCNC média (cada % cimento – 3 cp’s) < RCNC admissível
Norma Geral
Tec. de Melhoramento de Solos 56
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Valores típicos
Michel, 1981
Tec. de Melhoramento de Solos 57
Propriedade Solos
granulares
Solos
finos
Obs.
Peso esp.
(kN/m³)
15,70-21,60 13,70-19,60 Pode ser maior ou menor do que no solo
natural. Intervalo entre mistura e
compactação causam redução no peso
esp. e resistência
RCNC RCNC = A.C RCNC = B.C C = % cimento
(kPa) RCNC t = RCNC t0 + K.log (t/t0) t, t0 = tempos de cura
A = 500 a 100 B = 300 a 600
K = 500.C K = 70.C
Coesão
(kPa)
C = 50 + 0,225.RCNC Depende de C e t
() 40-45 30-40 Pode decrescer a altas tensões
confinantes
Resist. a
flexão e
tração
Rf = (1/3 a 1/5).RCNC Necessita de 1-3% para desenvolver
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Valores típicos
Michel, 1981
Tec. de Melhoramento de Solos 58
Propriedade Solos
granulares
Solos
finos
Obs.
ISC ISC = 0,0038.RCNC1,45 RCNC em kPa
0,1-0,2 0,15-0,35 -
k (m/s) k < 1E-08 K paralelo aos planos de compactação
pode ser 20x maior
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Valores típicos
Friozi e Crispim, 2012
Tec. de Melhoramento de Solos 59
LL (%) -
IP (%) NP
IG 0
Pedregulho (%) 0
Areia Grossa (%) 1
Areia Fina (%) 67
% < 0,074 mm 30
Teor de cimento (%) wot (%) d max (kN/m³)
0 9,7 17,50
2 10,8 19,02
4 11,5 19,04
6 12,2 19,05
4. S
olo
-cim
en
to
Prof. Flavio A. Crispim
Valores típicos
Friozi e Crispim, 2012
Tec. de Melhoramento de Solos 60
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
Solo puro 2% 4% 6%
RC
NC
(kP
a)
% cimento
Recommended