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Reforo de Solos com Fibra Natural, uma Alternativa
Ambientalmente Sustentvel
Rosemary Janneth Llanque Ayala
Programa de Ps-Graduao em Geotecnia, Braslia, Brasil, [email protected]
Daniel Arthur Nnang Metogo
Programa de Ps-Graduao em Geotecnia, Braslia, Brasil, [email protected]
Jos Camapum de Carvalho
Programa de Ps-Graduao em Geotecnia, Braslia, Brasil, [email protected]
RESUMO: A utilizao de fibras naturais como alternativa de melhoramento de solos tropicais para
uso em estruturas de pavimento vem sendo objeto de pesquisa no Programa de Ps-Graduao em
Geotecnia da Universidade de Braslia. Os estudos iniciais foram conduzidos fazendo uso de cabelo
humano. Com a melhoria do comportamento do solo com esse tipo de fibra, e considerando-se sua
resistncia e durabilidade em condies de uso apropriadas resolveu-se ampliar o estudo fazendo uso
de pelo canino. A pesquisa volta-se para a busca do desenvolvimento sustentvel tendo em vista que
a grande maioria desse tipo de fibra simplesmente descartada em aterros sanitrios ou mesmo em
lixes e que quando misturada ao solo pode propiciar-lhe comportamento mecnico satisfatrio para
uso em estruturas de pavimento. Essa fase inicial do estudo fundamentou-se na realizao de ensaios
de compactao e mini-CBR. Utilizou-se no estudo um solo latertico arenoso (LA) puro e misturado em igual proporo a uma areia lavada. Para a avaliao da influncia da fibra natural foram usados
os teores em peso de 0,5% e 1% de pelo canino. Os resultados obtidos permitiram concluir que a
adio do pelo canino conduz melhoria do comportamento mecnico do solo avaliado por meio do
ensaio de mini-CBR em diferentes umidades e pesos especficos aparentes secos de compactao.
PALAVRAS-CHAVE: Pelo Canino, Mini-CBR, Solo Tropical.
1 INTRODUO
Solos tropicais so aqueles que apresentam
peculiaridades de propriedades e de
comportamento, em decorrncia da atuao de
processos geolgicos e/ou pedolgicos de
intemperizao tpicos das regies tropicais que
os difere dos solos de regies temperadas e frias.
O manto de intemperismo em regies tropicais
geralmente se subdivide em solos
profundamente intemperizados (solos
laterticos), transio e solos saprolticos (solos
pouco intemperizados).
Nesse manto de intemperismo os solos
profundamente intemperizados so geralmente
ricos em caulinita e gibbsita e apresentam
estrutura com presena de agregados. Em estado
natural predominam macroporos entre os
agregados e microporos intra-agregados (Figura
1). Quando compactados ocorre tendncia de
preservao da microporosidade dos agregados
gerando apenas a reduo da macroporosidade
entre eles em consequncia da compactao
(Farias et al, 2011).
A problemtica principal para a construo de
rodovias no Brasil a ausncia de solos com
comportamento adequado para a composio da
estrutura de pavimento. Por essa razo, muitos
trabalhos de pesquisa so desenvolvidos
buscando a melhoria da resistncia dos solos
usados em bases e sub-bases de pavimentos, de
modo a proporcionar a reduo de custos e
ampliao da vida til das rodovias.
Nos estudos constantes da literatura aparecem
estudos sobre usos de fibras naturais como
cabelo humano, l de ovelha, fibra de coco, entre
outros, sendo que cada uma destas fibras naturais
apresenta caractersticas prprias para o reforo
do solo. No presente estudo buscou-se testar o
uso de uma fibra natural de origem canina
anloga s anteriores, porm, com propriedades
especficas.
Figura 1. Solo profundamente intemperizado, UnB-DF.
Os estudos realizados por Sales (2011)
utilizando a fibra natural cabelo humano
mostram melhoria de resistncia trao nas
misturas solo-fibra. Essa autora constatou, no
entanto, que a obteno dessas fibras, apesar de
ser um rejeito slido, muitas vezes
obstaculizada por supersties religiosas da
populao.
Outros autores utilizaram como fibra natural
a l de ovelha (Galn-Marin et al, 2010) obtendo
melhorias na resistncia compresso quando da
incorporao de alginato composto obtido das
algas marinhas.
Fibras de coco foram utilizadas por Cabala
(2007) adicionadas ao solo conjuntamente com
hastes de bambu, areia e cimento CP-E-32. Essa
mistura proporcionou reduo na
expansibilidade do material piorando, no
entanto, a sua resistncia mecnica devido m
adeso do reforo matriz de solo.
Leocdio (2005) realizou um trabalho de
reforo de solo com fibras de sisal obtendo como
resultado incremento da resistncia ao
cisalhamento do solo.
Outros autores optaram por trabalhar com
fibras artificiais como foi o caso Feuerharmel
(2000) que buscou a melhoria dos solos
adicionando cimento e fibras de polipropileno.
J Areas (2011) utilizou na melhoria dos solos
com adio de cimento, fibras de polipropileno,
escrias e cinzas com baixo contedo em clcio,
obtendo como resultados a melhoria da
resistncia compresso dos compostos.
A maioria desses trabalhos focada na
melhoria da resistncia compresso dos solos
sendo limitados os estudos a respeito da
melhoria da resistncia trao proporcionada
pela incorporao das fibras o que deve
compreender uma segunda fase dessa pesquisa.
Nesse trabalho optou-se por inicialmente
avaliar a melhoria do solo por meio de ensaios
de mini-CBR.
Cabe destacar que o estudo objetiva contribuir
para o desenvolvimento sustentvel e nesse
sentido deve-se buscar solues de engenharia
que sejam tcnica e economicamente viveis,
lembrando que o passivo ambiental gerado por
rejeitos como os pelos de animais apresenta um
custo que deve ser economicamente considerado
nos estudos de viabilidade.
2 MATERIAIS E MTODOS
O material utilizado, fibra canina, alm da
semelhana com outras fibras naturais j
testadas, tem por vantagem a facilidade de sua
aquisio, visto que diariamente so descartados
imensos volumes, quer seja pela via natural
(queda de pelo), quer seja pela via artificial (tosa
de pelo realizado em estabelecimentos - pet
shops).
O estudo foi realizado em laboratrio
utilizando-se equipamentos convencionais como
estufa e prensa CBR. Os ensaios foram
realizados utilizando-se como material as fibras
caninas, um solo argiloso e uma mistura de areia
com esse solo argiloso na proporo de 50%
cada. Utilizou-se nos ensaios a compactao do
solo argiloso puro, da mistura solo argiloso-areia
e desses dois materiais, adicionando-se 0,5% e
1,0% de fibras caninas a cada um deles.
Os mtodos de ensaio utilizados foram
basicamente: os ensaios de compactao em
equipamento miniatura (DNER-ME 256/94), o
ensaio mini-CBR (DNER-ME 254/97) e os
ensaios necessrios classificao pela
metodologia convencional MCV (DNER-ME
258/94).
A Tabela 1 apresenta a descrio da
composio das seis amostras ensaiadas e os trs
tipos de ensaios realizados em laboratrio. Na
amostra 01 alm de serem feitos os ensaios de
mini-Proctor e mini-CBR foi realizado tambm
o ensaio MCV para classificao do material.
Para a utilizao do solo, o mesmo foi seco ao
ar em laboratrio por uma semana sendo que ao
trmino desse perodo ele apresentou a umidade
higroscpica de 5,63%. Em seguida passou-se o
solo pela peneira n 10 e separou-se amostras
com 200 gr. Essas amostras, objetivando
permitir a equalizao da umidade, foram
umedecidas com diferentes quantidades de gua,
ensacadas e armazenadas em cmara mida por
24 horas antes da compactao.
Tabela 1. Descrio dos ensaios realizados.
As misturas solo-fibra foram preparadas com
200 gr de solo e 0,5% e 1,0% de fibras,
umedecidas em cinco umidades distintas de
modo a possibilitar a obteno da curva de
compactao e os resultados de mini-CBR. De
modo semelhante ao solo puro e com o mesmo
objetivo as amostras eram umedecidas e
armazenadas com 24 horas de antecedncia
compactao.
As misturas solo-areia-fibra foram preparadas
seguindo o mesmo procedimento adotado para o
solo e solo-fibra.
3 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
UTILIZADOS
O pelo canino utilizado foi obtido de um
cachorro da raa Shih-Tzu com 6 meses de idade.
As fibras apresentavam comprimento variando
entre 1.00 cm e 1.50 cm e espessura mdia de 0,3
mm a 0,4 mm, alcanando um dimetro menor
que 0,1 mm e maior que 0,8 mm em
aproximadamente 10% das fibras.
O solo foi coletado a 1.50 m de profundidade
no Campo Experimental do Programa de Ps-
Graduao em Geotecnia da Universidade de
Braslia e constitudo por uma argila arenosa
vermelho escura. Considerando-se a mdia entre
os resultados apresentados por Carvalho (1995)
para as profundidades de 1 m e 2 m, obtm-se
para essa profundidade um solo composto por
41,7% de gibbsita, 6,9% de caulinita, 29,4% de
quartzo, 6,9% de hematita, 3,4% de goethita,
6,9% de anastsio e 4,9% de rutilo.
Esse solo apresenta limite de liquidez igual a
36%, limite de plasticidade igual a 26% e ndice
de plasticidade igual a 10%.
A Figura 2 apresenta os resultados
granulomtricos obtidos para a profundidade de
2.00 m por Guimares (2002). A densidade real
dos gros desse solo obtida pelo mesmo autor foi
de 2,678.
A Figura 3 apresenta a curva granulomtrica
obtida para a areia utilizada nas misturas. A
densidade real dessa areia igual a 2,65.
Mineralogicamente trata-se de uma areia
quartzosa.
Figura 2. Curva granulomtrica do solo (Guimares,
2002).
Figura 3. Curva granulomtrica da areia.
areia pelomini
Prctormini-CBR
1 puro - - x x
2 99.50% - 0.50% x x
3 99.00% - 1.00% x x
4 50.00% 50.00% - x x
5 49.75% 49.75% 0.50% x x
6 49.50% 49.50% 1.00% x x
SoloAmostra
Ensaios realizadosReforos
4 CLASSIFICAO DO SOLO E DA
AREIA
Para a classificao do solo a ser melhorado foi
realizado o ensaio miniMCV (DNER-ME 258/94) sendo os resultados da classificao
mostrados na Figura 4. Com base nesses
resultados o solo classificado como areia
argilosa latertica (LA). A classificao textural do solo requer
inicialmente que se fixe o que se pretende
classificar se o solo no estado natural ou se o solo
desagregado e defloculado. No caso especfico
desse trabalho interessa principlamente o solo
em seu estado natural. Nesse caso, levando-se
em considerao a curva granulomtrica do solo
obtida por Guimares (2002) sem o uso de
defloculante se obtm a classificao do solo
como sendo areno-siltoso.
Figura 4. Classificao MCT do solo.
Segundo o Sistema de Classificao
Unificada de Solos o solo utilizado classificado
como silte inorgnico de baixa plasticidade, o
que se aproxima da classificao textural obtida.
Quanto classificao TRB considerando-se
a anlise granulomtrica realizada sem o uso de
defloculante o solo classificado como um silte
argiloso pertencente ao grupo A-4.
Conclui-se assim que de um modo geral
existe certa concordncia entre os resultados das
classificaes realizadas. Dada a natureza
latertica do solo torna-se recomendvel que se
leve em conta a classificao MCT do solo.
J a areia lavada texturalemente uniforme e
se enquadra como grossa. No sistema unificado
trata-se uma areia SP e segundo a TRB de uma
areia pertencente ao grupo A-1-a.
5 APRESENTAO E ANLISE DOS
RESULTADOS
A Figuras 5 apresenta as curvas de compactao
obtidas para o solo, solo mais 0,5% de pelo
canino e solo mais 1% de pelo canino. Verifica-
se desses resultados que o pelo interferiu pouco
nos resultados de compactao.
A Figura 6 apresenta as curvas de
compactao obtidas para o solo mais areia, solo
mais areia mais 0,5% de pelo canino e solo mais
areia mais 1% de pelo canino. Nesse caso,
devido a adio da areia, observa-se que o pelo
canino tende a dificultar a compactao
diminuindo assim o peso especfico aparente
seco em especial quando da incorporao de 1%
de pelo. Isso mostra que a incorporao da areia
deve levar a melhoria do comportamento
mecnico do solo com incorporao de fibra.
Figura 5. Curvas de compactao do solo, solo mais 0,5%
de pelo canino e solo mais 1% de pelo canino.
As Figuras 7 e 8 apresentam respectivamente
os resultados de expanso obtidos para o solo e
solo mais areia com e sem adio de pelo canino.
As expanses registradas, devido prpria
natureza no expansiva do solo e do solo mais
areia, so reduzidas e no se percebe uma
influncia clara do pelo nesse parmetro.
Os resultados de mine-CBR realizados aps
imerso com uso de sobrecarga esto
apresentados na Figura 9, para o solo puro, na
Figura 10 para o solo com adio de 0,5% de
pelo canino e na Figura 11 para o solo com
adio de 1,0% de pelo canino.
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16
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17
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
Pes
o e
spec
ific
o a
par
ente
sec
o (
kN
/m3
)
Teor de umidade (%)
SOLO
SOLO + 0,5% PELO
SOLO + 1% PELO
Figura 6. Curvas de compactao do solo-areia, solo-areia-
0,5% de pelo canino e solo-areia-1% de pelo canino.
Figura 7. Resultados de expanso para o solo e solo mais
0,5% e 1% de pelo canino.
Figura 8. Resultados de expanso para o solo mais areia e
solo mais areia mais 0,5% e 1% de pelo canino.
Ao se comparar as curvas obtidas para o solo
puro com as obtidas para o solo com adio de
pelo canino se observa que apesar dos valores
mximos de resistncia a penetrao no serem
praticamente afetados a forma das curvas tende
a se modificar. Observa-se que o ponto de
inflexo tende a ocorrer para menores valores de
penetrao na medida em que se aumenta o teor
de pelo canino. Verifica-se ainda que com a
adio de pelo a resistncia correspondente ao
ponto de inflexo no incio da curva tende a
diminuir, ocorrendo, no entanto, tendncia a
maior mobilizao da mesma com o aumento da
penetrao. Essa tendncia pode ser verificada
na Figura 12 na qual se plotou a inclinao das
curvas carga x penetrao no intervalo de
penetrao compreendido entre 2 mm e 5 mm.
Portanto, provvel que o pelo possa atuar
diminuindo a ocorrncia de trincas no solo
compactado, mesmo sendo ele argiloso como o
caso.
Figura 9. Curva de resistncia penetrao do solo puro.
Figura 10. Curva de resistncia penetrao do solo mais
0,5% de pelo canino.
A Figura 13 mostra, no entanto, que no
possvel colocar em evidncia para esse solo
argiloso a influncia da presena do pelo sobre
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5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Pes
o es
peci
fico
apa
rent
e se
co (
kN/m
3)
Teor de umidade (%)
SOLO + AREIA
SOLO + AREIA + 0,5%
PELOSOLO + AREIA + 1% PELO
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
EXPANSO X UMIDADE SOLO
PURO
EXPANSO X UMIDADE SOLO -
0,5% PELO
EXPANSO X UMIDADE SOLO -
1% PELO
Exp
ans
oT
otal
(%
)
Umidade (%)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
7 9 11 13 15 17
EXPANSO X UMIDADE SOLO + AREIA
EXPANSO X UMIDADE SOLO + AREIA
+ 0,5% PELO
EXPANSO X UMIDADE SOLO + AREIA
+ 1% PELO
Umidade (%)
Expan
so
Tota
l (%
)
0
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30
40
50
60
70
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
15,6%
17,4%
18,4%
21,5%
23,2%
Penetrao (mm)
Car
ga (
kgf)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
17,2%
18,9%
21,3%
23,5%
26,8%
Penetrao (mm)
Car
ga
(kg
f)
os valores de mini-CBR, sendo que poder-se-ia
mesmo dizer que a presena do pelo tende a
piorar o valor desse parmetro. Porm, a
ocorrncia do ponto de inflexo para menores
valores de penetrao como se observa ao
comparar as Figura 9 e 11, aponta para a
melhoria da rigidez do solo com a incorporao
do pelo.
Figura 11. Curva de resistncia penetrao do solo +
1% de pelo canino.
Figura 12. Inclinao das curvas de penetrao, solo
argiloso.
As Figuras 14, 15 e 16 apresentam
respectivamente os resultados obtidos nos
ensaios de mini-CBR para as misturas de solo
mais areia, solo mais areia mais 0,5% de pelo
canino e solo mais areia mais 1% de pelo canino.
Da anlise dessas figuras se observa que a
mudana de comportamento j apontada para o
caso do solo argiloso quanto ao formato da curva
no caso das misturas contendo areia mais
evidenciada, em especial ao se acrescentar 1% de
pelo canino em relao mistura de solo mais
areia.
Figura 13. Mini-CBR, solo argiloso.
A Figura 17 mostra com o aumento da
inclinao do trecho compreendido entre 2 mm e
5 mm (Figuras 14 a 16) que a mobilizao do
pelo canino contribui de modo efetivo para o
comportamento mecnico da mistura solo-areia.
No que tange a essa particularidade as fibras
podem contribuir para limitar a propagao de
trincas nas estruturas de pavimentos.
Observa-se tambm que a adio de 1% de
pelo canino aumenta de modo claro o mini-CBR
da mistura solo-areia (Figura 18).
Portanto, diante dos resultados apresentados,
o pelo canino um rejeito a ser estudado de
modo mais completo avaliando-se
peculiaridades como variabilidade entre raas de
ces, resistncia dos fios de pelo e durabilidade.
Figura 14. Curva de resistncia penetrao da mistura
solo-areia.
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0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
17,6%
19,5%
25,5%
27,1%
33,4%
Penetrao (mm)
Car
ga
(kg
f)
0
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3
4
5
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7
8
9
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Incl
ina
o (
kg
f/m
m)
Peso especfico aparente seco 9 (kN/m3)
Solo Solo + 0,5% de pelo Solo + 1% de pelo
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
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Min
i-C
BR
(%
)
Peso especfico aparente seco (kN/m3)
Solo Solo + 0,5% de pelo Solo + 1% de pelo
0
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40
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80
100
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0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
7,2%
9,2%
11,1%
12,7%
14,9%
Penetrao (mm)
Ca
rga
(k
gf)
Figura 15. Curva de resistncia penetrao da mistura
solo-areia mais 0,5% de pelo canino.
Figura 16. Curva de resistncia penetrao da mistura
solo-areia mais 1,0% de pelo canino.
Figura 17. Inclinao das curvas de penetrao da mistura
solo-areia.
Figura 18. Mini-CBR da mistura solo-areia.
6 CONSIDERAES FINAIS
Os resultados mostram que o pelo canino altera
o comportamento do solo sendo a presena do
material granular areia relevante para a sua
atuao no comportamento mecnico.
Torna-se, no entanto, necessria a realizao
de ensaios complementares no s quanto as
propriedades e durabilidade dessa fibra como
tambm sobre sua influncia em outros aspectos
do comportamento mecnico como na
resistncia a trao.
Busca-se com estudos como esse envolvendo
o uso do pelo canino no reforo estrutural dos
solos no s encontrar alternativas tcnicas para
casos de obras onde se requer a melhoria do solo
como tambm contribuir para o
desenvolvimento sustentvel.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio
realizao dessa pesquisa e Janaina Tatto, por
fornecer os dados e areia para os ensaios de
granulometria e misturas.
REFERNCIAS
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0
50
100
150
200
250
300
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
9,9%
10,9%
12,5%
15,0%
17,4%
Penetrao (mm)
Carg
a (
kg
f)
0
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40
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80
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0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
9,3%
11,3%
13,1%
15,1%
17,3%
Penetrao (mm)
Ca
rga
(k
gf)
0,0
5,0
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15,0
20,0
25,0
30,0
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Inc
lin
a
o
(k
gf/
mm
)
Peso especfico aparente seco 9 (kN/m3)
Solo + Areia Solo + Areia + 0,5% de pelo Solo + Areia + 1% de pelo
0,0
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Min
i-C
BR
(%
)
Peso especfico aparente seco (kN/m3)
Solo + Areia Solo + Areia + 0,5% de pelo Solo + Areia + 1% de pelo
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