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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

CURSO DE INFRA-ESTRUTURA DE VIAS DE TRASPORTES INTEGRADO

AO ENSINO MÉDIO

ALBERTA WAGNER KUNKEL

AMANDA SCHIMID

MICHELLI SARDI ASTORI

WENDEL FONTES CHERRA

ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA E INJEÇÕES

VITÓRIA

2011

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ALBERTA WAGNER KUNKEL

AMANDA SCHIMID

MICHELLI SARDI ASTORI

WENDEL FONTES CHERRA

ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA E INJEÇÕES

VITÓRIA

2011

Seminário feito no intuito de

obtenção de nota parcial, na

matéria de Mecânica dos Solos,

com o professor Carlos Augusto.

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1 SUMÁRIO

2 INTRODUÇÃO..................................................................................................1

3 ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA E INJEÇÕES.......................................................2

4 CONCLUSÃO...................................................................................................9

5 REFERÊNCIAS..............................................................................................10

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2 INTRODUÇÃO

A adição de agentes cimentantes é uma técnica de tratamento de solos que

visa melhorar suas propriedades geotécnicas. Esta técnica esta sendo muito

utilizada para pavimentação, controle de erosão, estabilização de encostas e

reforço de camadas superficiais de solo.

As estabilizações químicas são geralmente obtidas através de misturas de solo

com alguns componentes químicos, entre eles está a cal e cimento.

Milton Vargas (Niterói, 17 de fevereiro de 1914) é um engenheiro

eletricista e civil brasileiro, especializado em mecânica de solos. No ano de

1977 ele conceituou solo-cimento como o produto de uma mistura compacta de

solo com cimento e água, produzindo assim um novo material, com uma alta

resistência, baixa deformabilidade, durabilidade e fatores agressores como a

água, aos efeitos térmicos, e as baixas temperaturas sendo, assim, muito

aplicada em obras de engenharia civil.

Vargas afirmou que a aplicação de solo-cal ou solo-cimento possui uma série

de vantagens quando usado como base de construção de pavimentos semi-

rígidos: possui uma boa resistência com um baixo custo, diminuindo as

pressões no subleito, tendendo a deforma-se pouco quando submetido a

esforços de carregamento, e não perdendo sua resistência na presença de

água. Entretanto, é necessário que se leve em consideração o aspecto da

reflexão de trincas no revestimento betuminoso, pois estes fatores têm

desmotivado o uso destes materiais na construção de pavimentos.

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3 ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA E INJEÇÕES

Há tipos de estabilização de solos em que se emprega uma substância

química cujas propriedades de agregar, ou pelo contrário, dispersar as

partículas de solo é notório. O cloreto de cálcio pode ser usado como um

fixador de umidade nas estabilizações mecânicas, e a cal pode ser usada como

um aditivo para melhorar o comportamento e economizar cimento nas

estabilizações com cimento portland. Entretanto essas são utilizações de

produtos químicos como aditivos secundários.

Mas, a própria cal poderia ser utilizada como um agente estabilizador

primário e único. Sua ação principal está na concentração de cátions trocáveis

na água intersticial do solo – a qual produz uma retração da camada ionizada

em torno das partículas. Mas com o tempo aparece também uma expansão

dessa camada, devido ao alto pH da cal. É uma ação cimentadora, semelhante

ao que acontece com as pozolanas e as “cinzas-volantes”. Disso resulta um

aumento da resistência a compressão simples de corpos de prova moldados e

curados durante vários dias.

O proporcionamento da porcentagem de cal para a estabilização poderá

ser feito por uma série de ensaios californianos, moldados e curados e depois

saturados. A porcentagem de cal para atribuir ao solo um CBR desejado (por

exemplo, 50) seria a adotar. Para solos granulares essa porcentagem em geral

está entre 2 a 5%; para solos práticos, entre 5 a 10%.

Além do cimento e da cal, ainda existem 5 substâncias utilizadas para

estabilização dos solos. O Betume é uma delas. O mecanismo de estabilização

dos solos com betume pode ser sumarizado, considerando-se os solos de

natureza arenosa e os de granulometria fina. Nos primeiros, o betume tem por

função promover a ação ligante de partículas e, no segundo, considerando-se

que estes já apresentam parcela coesiva, o aditivo tem por função promover a

impermeabilização do solo, de forma a serem conservadas as suas

características inerentes às condições de compactação.

Há ainda uma série de produtos industrializados cuja composição é,

muitas vezes, guardada como segredo industrial. Uma forma de verificar em

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laboratório a eficiência de tais produtos é conduzir uma série de ensaios

californianos na linha que foi acima sugerida.

Na estabilização solo-cimento, um fator de grande importância, é a

presença de sulfatos no solo, pois de acordo com PETRUCCI (1978), os

sulfatos podem reagir com o hidróxido de cálcio e alumina livre do cimento,

formando o sulfo-aluminato, de natureza expansiva, podendo até inviabilizar o

uso do cimento como estabilizante químico em estradas.

O efeito do cimento, nos solos granulares, destina-se, principalmente, a

criar ligações nos contatos intergranulares, de modo a garantir um aumento da

parcela resistente relativa à coesão. Nos solos finos, os grãos de cimento

comportam-se como núcleos, aos quais aderem as partículas que o rodeiam

formando regiões de material floculado que apresentam ligações oriundas dos

fenômenos de cimentação.

Para a estabilização de camadas do terreno natural, visando reforços de

fundação, estabilidade de taludes e facilidade de escavação, usam-se as

injeções. Essas injeções consistem na introdução por meio de sondagens, de

tubos perfurados, cujos furos são protegidos por uma camisa de borracha

(”tubos a manchete”) no solo. Através desses tubos são injetadas, sob pressão

controlada, por meio de bombas, uma ou várias substâncias químicas no solo

com a finalidade de estabilizá-lo.

É uma técnica só aparentemente semelhante a da injeção de caldas de

cimento em rochas fissuradas, mas, na realidade, o processo baseia-se em

fenômeno totalmente diferente.

A calda a ser injetada é constituída por uma substância química

dissolvida ou em suspensão da água. É necessário, portanto, que se houver

partículas em suspensão essas sejam de diâmetro menor que o dos poros do

solo. A relação entre diâmetro das partículas em suspensão e diâmetro dos

poros é chamada de “injetabilidade” de calda no solo em questão. Nos solos

define-se essa relação como a relação entre diâmetro de 85% das partículas

da calda. Sugere-se que essa relação seja:

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D15 solo ≥ 25

D85 calda

É necessário, além disso, considerar a estabilidade da calda que está

sendo injetada. Uma calda estável é aquela que se mantém fluida durante todo

o tempo necessário para a operação de injeção. Se, por exemplo, se deseja

injetar bentonita numa areia para estabilizá-la, é necessário verificar o tempo

em que a bentonita tende a flocular-se e depositar-se e, se ele não for

suficiente, usar um agente dispersador que impeça a floculação da suspensão.

Se, por outro lado, se injetam dois produtos químicos que, reagindo entre si,

precipitem uma substância estabilizante, será necessário saber o tempo de

ração, para que se programe a injeção com tempo certo ou se injete os dois

produtos separadamente.

Sobre os tipos de injeções corretamente empregados, daremos uma

breve notícia:

Injeção de cimento – Esse tipo de injeção, dos mais difundidos, consiste em

injetar uma calda de cimento no terreno, através de tubos galvanizados de 2” a

3” de diâmetro, com a ponta aberta ou paredes perfuradas, os quais são

cravados até a cota em que se deseja a consolidação.

Quanto a relação água/cimento, aconselha-se iniciar a injeção com

caldas bem ralas (200 litros e água por saco de cimento) e terminar com caldas

grossas (40 litros por saco).

As injeções de cimento são aplicadas com sucesso aos solos granulares

(desde o pedregulho até a areia fina), limitando-se o seu emprego aos solos

cujo diâmetro efetivo é superior a 1 mm (D10% > 1 mm).

Nos solos arenosos de granulometria fina, é de boa técnica, antes de

iniciar a injeção da calda, forçar uma injeção de água em tubos alternados,

criando assim canais no solo entre vários tubos.

Tendo em vista que o material sobre o qual assenta as fundações de

uma barragem deve ser resistente e impermeável, é usual o emprego de

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injeções de cimento para consolidar e impermeabilizar estratos rochosos

fissurados que sirvam de apoio a tais obras.

Injeção de argila – O processo baseia-se na propriedade tixotrópica de certas

argilas, ou seja, de formarem suspensões que mantêm líquidas quando

agitadas, recuperando sua resistência coesiva quando em repouso. É

particularmente o caso das bentonitas.

Injeção à base de produtos betuminosos – Consiste em injetar no solo uma

emulsão betuminosa, fluida e estável, constituída por uma dispersão de asfalto

na água, juntamente com um agente regulador do tempo de “ruptura” da

emulsão. Rompida a emulsão, as partículas de asfalto se aglomeram e

impermeabilizam o maciço.

Silicatização - O método mais conhecido de injeção química é o de Joosten,

pelo qual se injeta uma solução de silicato de sódio em água, com hidróxido de

sódio e ácido silícico coloidal. Injeta-se, também, junto ou separadamente,

(com um retardador da reação nesse ultimo caso) ácido hidroclórico ou cloreto

de cálcio, de magnésio ou férrico. Da reação resulta um gel insolúvel de sílica

que estabiliza o solo. Outro tipo de injeção consiste em injetar compostos

orgânicos, com um catalisador ou um retardador da reação de polimerização,

isto é, formando macromoléculas orgânicas que tomam radicalmente os vazios

do solo estabilizando-os.

Os progressos nessas técnicas de estabilização de solos com injeções

químicas devem-se principalmente aos engenheiros franceses da “Soletanche”

– uma conhecida firma especializada em injeções. Porém a Associação

Americana de Engenheiros Civis promoveu uma reunião sobre o assunto, onde

os engenheiros americanos, liberados por W. Lambe, mostraram que os

progressos desses métodos nos E.U.A. são notáveis.

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4 CONCLUSÃO

Qualquer solo, com exceção daqueles altamente orgânicos pode ter

suas propriedades melhoradas pela adição de cimento. A camada reciclada

com cimento resiste muito bem aos esforços gerados pelo tráfego. Uma das

suas principais características é alta resistência, baixa deformabilidade,

durabilidade na presença de água e aos efeitos térmicos. Essa conjunção de

fatores resulta numa camada econômica e com resistência suficiente para

minimizar as tensões no subleito, caso esteja sujeito a sofrer deformações

significativas. Na reciclagem com cimento, a base reciclada se comporta como

uma camada rígida.

Nem sempre é recomendável aumentar o teor de cimento para se obter

ganho de resistência, pois a camada reciclada poderá adquirir uma rigidez

exacerbada e comprometer a vida útil do pavimento. O enrijecimento da

camada pelo excesso de cimento tende a reduzir a flexibilidade do material

tornando-o mais quebradiço sob a ação do tráfego. A conseqüência desse

fenômeno é o aparecimento de trincas por reflexão na superfície do pavimento.

Solos muito argilosos necessitam de elevados teores de cimento graças

à dificuldade de homogeneização da mistura (pré-mistura com cal).

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5 REFERÊNCIAS

Programa de Mestrado em Engenharia de Transportes, Arielton Fonteles

Araújo; 2009. 4.3 Dosagem das misturas de solo-cal, página 83;

Introdução à mecânica dos solos, Milton Vargas, 1981. Capítulo IV –

Estabilização dos solos. 4) Estabilização química e injeções, página 100;

Mecânica dos solos e suas aplicações, Homero Pinto Caputo, 1987.

Volume 2. Capítulo 18, Estabilização de maciços. 18-1 Injeções.

Controles construtivos utilizados em obras de reciclagem profunda,

Engenheiro Paulo Cesar Arrieiro, 2007. 5. Estabilização química, página

4;

Estabilização química de solos para fins rodoviários: estudo de caso

como produto “RBI Grade 81”, Fabrício Carlos França, 2003. 2. Revisão

de literatura, página 4.