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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
ANÁLISES DOS SOLOS DE URUCU PARA FINS DE USO
RODOVIÁRIO
FRANCISCO HÉLIO CAITANO PESSOA
ORIENTADOR : JOSÉ CAMAPUM DE CARVALHO, PhD
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM GEOTECNIA
PUBLICAÇÃO: G.DM-117A/04
BRASÍLIA, JANEIRO DE 2004
ii
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
ANÁLISE DOS SOLOS DE URUCU PARA FINS DE USO RODOVIÁRIO
FRANCISCO HÉLIO CAITANO PESSOA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO SUBMETIDA AO ENGENHARIA CIVIL
DA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE.
APROVADA POR:
_____________________________________________________
PROFº. JOSÉ CAMAPUM DECARVALHO, PhD. (UnB)
(ORIENTADOR)
_____________________________________________________
PROFº. PEDRO MURRIETA DOS SANTOS NETO, DSc. (UnB)
(EXAMINADOR INTERNO)
_____________________________________________________
PROFª. GIOCONDA SANTOS E SOUZA MARTINEZ, DSc (UFRR)
(EXAMINADOR EXTERNO)
BRASÍLIA/DF, 14 DE JANEIRO DE 2004.
iii
FICHA CATALOGRÁFICA PESSOA, FRANCISCO HÉLIO CAITANO
Análises dos Solos de Urucu para Fins de Uso Rodoviário.[Distrito Federal] 2004.
xx, 151p., 210mm x 297mm (ENC/FT/UnB, Mestre , Geotecnia, 2004).
Dissertação de Mestrado – Universidade de Brasília.
Faculdade de Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil.
1. Solos 2. Estabilização
3. Solos Lateríticos 4. Ensaios de Laboratório
I. ENC/FT/UnB II. Título (Série)
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
PESSOA, F.H.C. (2004). Análises dos solos de Urucu para Fins de Uso Rodoviário.
Dissertação de Mestrado, Publicação nº G. DM-117A/04, Departamento de Engenharia Civil
e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 151 p.
CESSÃO DE DIREITOS
NOME DO AUTOR: Francisco Hélio Caitano Pessoa
TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO: Análises dos Solos de Urucu para Fins
de Uso Rodoviário.
GRAU: Mestre ANO: 2004
É concedida à Universidade de Brasília a 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
pode ser reproduzida sem autorização por escrito do autor.
______________________________________
Francisco Hélio C. Pessoa
Rua Felipe Xaud, 1570, Asa Branca.
CEP: 69.311-120. Boa Vista/RR – Brasil.
iv
DEDICATÓRIA
A Deus
Aos meus pais Vicente e Francisca e irmãos
v
AGRADECIMENTOS
A Deus por mais essa conquista e pela sua imensa misericórdia para comigo.
Ao professor José Camapum de Carvalho pela orientação, paciência, incentivo,
dedicação e transmissão de conhecimento ao longo desta pesquisa.
Ao CEFET/RR pela dispensa das atividades de trabalho, o que possibilitou a
realização desta dissertação de Mestrado.
Aos meus pais, irmãos e a minha noiva Elisa pela confiança, paciência e apoio moral.
A Petrobrás, nas pessoas dos engºs Odemir, Humberto, Luís Augusto e João Batista
pelo apoio na cessão dos materiais e pessoal para a realização dos ensaios.
À Empresa de Consultoria Maia Mello, nas pessoas dos engºs José Cordeiro e Ivo
Odilon.
Aos professores da Pós-Graduação em Geotecnia da Universidade de Brasília pelos
conhecimentos transmitidos e a Secretaria da Pós nas pessoas do Adelias e Valéria.
Aos meus colegas de trabalho do CEFET/RR da gerência de Construção Civil.
Aos colegas da turma de 2001: Allan, Helber, Dennys, Charles, Adriano, Renato
(gaúcho), Carlos, Carla, Luciana, Renato (goiano), Gustavo pela saudável convivência e o
companheirismo durante a realização desta dissertação.
Aos amigos Maurício Pinheiro e Jairo Furtado pela indispensável ajuda na formatação
de textos e figuras.
Ao amigo Nestor pelo companheirismo, amizade e pela ajuda prestada.
Aos amigos de doutorado Joaquim Neto, Marta, Márcia Mara, Marisaides, Karina,
Maruska e Cláudia Gurjão pela amizade e companheirismo.
Aos técnicos e estagiários do Laboratório de Geotecnia da UNB.
Ao Laboratório de Mecânica da UnB, na pessoa do Sr. Artur, pelo apoio na adaptação
dos equipamentos que viabilizaram a pesquisa.
Aos Laboratórios de Raio-X e Microssonda do Instituto de Geociências da
Universidade de Brasília, na pessoa da profª Edi Guimarães.
A FURNAS Centrais Elétricas S.A.
vi
RESUMO
ANÁLISES DOS SOLOS DE URUCU PARA FINS DE USO
RODOVIÁRIO
O solo pode ser considerado como o material de construção civil de maior abundância
na crosta terrestre. Quando ele não pode ser usado in natura, duas alternativas podem ser
consideradas: substituí-lo ou estabilizá-lo. A estabilização consiste em empregar os solos
locais, melhorando suas propriedades geotécnicas, de modo a enquadrá-los nas especificações
construtivas. Nesta dissertação, analisaram-se os solos da região de Urucu, no estado do
Amazonas (AM), a fim de melhor entender as reações que ocorrem nos solos tropicais e o
provável ganho de resistência quando estes são estabilizados com produtos químicos. Foram
realizados estudos de caracterizações física, química, mineralógica e estrutural, bem como o
estudo do comportamento mecânico destes solos nos estados natural e estabilizado com cal,
cimento, emulsão, cal-emulsão, e cimento-emulsão. Estes estudos foram realizados a partir de
ensaios de compactação por processo estático, mini-CBR, perda de massa por imersão em
água, desagregação do solo em água e medida de sucção pela técnica do papel filtro.
Os resultados da pesquisa mostraram que os solos da região de Urucu (AM) são
semelhantes quanto à mineralogia e à química, e heterogêneos quanto às propriedades físicas.
A correlação das propriedades permitiu avaliar o potencial de estabilização e a importância da
compactação com secagem e pré-secagem. A análise da influência da estabilização química,
por sua vez, permitiu classificar a melhora da capacidade de suporte na seguinte ordem (do
pior para o melhor): solo-emulsão, solo-emulsão-cal, solo-emulsão-cimento, solo-cimento e
solo-cal. Outras conclusões relevantes obtidas dos ensaios foram: os gráficos (e × pF) versus
Sr (%) e CBR versus (pF/e) mostraram com mais evidência a diferença entre os tipos de
estabilizações adotadas; os ensaios de perda de massa por imersão e desagregação foram
importantes na avaliação das estabilizações para estruturas de pavimentos; e os resultados dos
ensaios na estabilização granulométrica não se mostraram adequados para uso rodoviário.
Deste modo, a estabilização química mostrou-se uma solução viável para a região estudada,
desde que bem avaliada e executada.
vii
ABSTRACT
ANALYSIS OF URUCU SOILS FOR ROAD CONSTRUCTION
Soil may be considered as a material for civil construction of largest abundance on the
earth crust. When it is not possible to use it in natural conditions, there are two alternatives: to
replace or stabilize it. Stabilization means to employ local soils and improve their
geotechnical properties in order to meet constructive specifications. In this work, soils from
Urucu, Amazonas State (AM), were studied to investigate tropical soils reactions and strength
improvement when these soils are chemically stabilized. Studies of physical, chemical,
mineralogical, and structural characterization were made, as well as studies of mechanical
behavior both in natural conditions and for different process of stabilization, namely, the uses
of lime, cement, emulsion, lime-emulsion, and cement-emulsion. Static compaction tests,
mini-CBR tests, loss of soil mass by immersion in water, soil disintegration in water, and
suction measurement using the filter paper technique test were performed in order to achieve
the research goals.
The results showed that the soils studied were similar when considering mineralogical
and chemical properties, but heterogeneous when considering physical properties. The
correlation of those properties allowed assessing the stabilization potential and the importance
of compaction with drying and pre drying. The analysis of chemical stabilization influence, on
the order hand, allowed classifying the bearing capacity improvement in the following order
(from worst to best): soil-emulsion, soil-emulsion-lime, soil-emulsion-cement, soil-cement,
and soil-lime. Other relevant conclusions were: (e × pF) versus Sr (%) and CBR versus (pF/e)
graphics highlighted the differences among the types of stabilization processes employed; lost
of soil mass due to immersion tests and desegregation tests were important to assess the
stabilization of pavement structures; and results of granular stabilization tests were not
appropriate for highway designs. Thus, chemical stabilization is a feasible solution for the
studied region, when well evaluated and performed.
viii
ÍNDICE
Capítulo Página
1 – INTRODUÇÃO. 1
1.1 – APRESENTAÇÃO. 1
1.2 – OBJETIVO. 1
1.3 – ÁREA DE ESTUDO. 2
1.4 – CRITÉRIOS PARA A ESCOLHA DAS JAZIDAS A SEREM ESTUDADAS. 3
1.5 – ESCOPO DA DISSERTAÇÃO. 3
2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA. 4
2.1 – INTRODUÇÃO. 4
2.2 – CARACTERIZAÇÃO FISIOGRÁFICA DA REGIÃO. 5
2.3 – CLASSIFICAÇÃO DO SOLO. 7
2.3.1 – CLASSIFICAÇÃO GENÉTICA. 7
2.3.2 – CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA. 7
2.3.2.1 – SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS (SUCS). 8
2.3.2.2 – CLASSIFICAÇÃO TRANSPORTATION RESEARCH BOARD (TRB). 9
2.3.2.3 – CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA MCT EXPEDITA. 10
2.4 – SOLOS TROPICAIS. 14
2.4.1 – SOLOS SAPROLÍTICOS. 15
2.4.2 – SOLOS LATERÍTICOS. 16
2.5 – NOÇÕES DE SOLOS NÃO SATURADOS. 17
2.6 – ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS. 22
2.6.1 – ESTABILIZAÇÃO SOLO – CAL. 23
2.6.2 – ESTABILIZAÇÃO SOLO – CIMENTO. 24
2.6.3 – ESTABILIZAÇÃO SOLO – EMULSÃO. 31
2.6.4 – ESTABILIZAÇÃO GRANULOMÉTRICA. 32
3 – MATERIAIS E MÉTODOS. 34
3.1 – INTRODUÇÃO. 34
3.2 – DESCRIÇÃO DAS JAZIDAS. 34
3.2.1 – SOLOS E AREIAS. 34
ix
3.2.2 – CAL. 37
3.2.3 – CIMENTO. 38
3.2.4 – EMULSÃO. 39
3.3 - CARACTERIZAÇÃO FÍSICA. 40
3.3.1 – UMIDADES NATURAL E HIGROSCÓPICA. 41
3.3.2 – MASSA ESPECÍFICA DOS SÓLIDOS. 41
3.3.3 – LIMITES DE ATTERBERG. 42
3.3.4 –GRANULOMETRIA. 43
3.3.5 – ÍNDICE DE ATIVIDADE. 45
3.3.6 – CLASSIFICAÇÃO MCT EXPEDITA. 46
3.3.7 – CURVA CARACTERÍSTICA. 47
3.4 – CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA. 49
3.5 – CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA. 50
3.5.1 – CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA. 51
3.5.2 – MATÉRIA ORGÂNICA. 53
3.5.3 –ACIDEZ TOTAL. 54
3.6 – CARACTERIZAÇÃO MICRO-ESTRUTURAL. 56
3.7 – COMPORTAMENTO MECÂNICO. 56
3.7.1 – COMPACTAÇÃO. 57
3.7.2 – CAPACIDADE DE SUPORTE (CBR). 59
3.7.3 – SUCÇÃO. 61
3.7.4 –DESAGREGAÇÃO. 62
3.7.5 – PERDA DE MASSA POR IMERSÃO. 63
3.7.6 – PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO. 64
4 – APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS. 65
4.1 – INTRODUÇÃO. 65
4.2 – CARACTERIZAÇÃO FÍSICA. 65
4.2.1 – UMIDADE NATURAL. 65
4.2.2 – UMIDADE HIGROSCÓPICA. 65
4.2.3 – ANÁLISE GRANULOMÉTRICA. 67
4.2.4 – LIMITES DE ATTERBERG. 70
4.2.5 – MASSA ESPECÍFICA DOS GRÃOS. 73
x
4.2.6 – ENSAIO MCT EXPEDITO. 73
4.2.7 – CLASSIFICAÇÕES, IÌNDICE DE ATIVIDADE DE SKEMPTON E
CORRELAÇÕES GRANULOMÉTRICAS.
77
4.3 – CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA. 79
4.4 – CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA. 87
4.5 – CARACTERIZAÇÃO MICRO-ESTRUTURAL. 89
4.6 – COMPORTAMENTO MECÂNICO. 93
4.6.1 – COMPACTAÇÃO. 93
4.6.2 – CBR. 101
4.6.3 – PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO. 115
4.6.4 – CURVA CARACTERÍSTICA. 119
4.7 – ENSAIO DE PERDA DE MASSA POR IMERSÃO. 126
4.8 – ENSAIO DE DESAGREGAÇÃO. 128
4.9 – CORRELAÇÕES ENTRE PROPRIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS,
MINERALÓGICAS E MECÂNICAS.
130
5 – CONCLUSÕES. 138
5.1 – CONCLUSÕES. 138
5.2 – SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS.
140
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
141
ANEXO A: CURVAS CARACTERÍSTICAS EM FUNÇÃO DA SUCÇÃO
VERSUS GRAU DE SATURAÇÃO E RESULTADOS DA CLASSIFICAÇÃO
MCT EXPEDITA
147
xi
LISTA DE FIGURAS
Capítulo Página
Figura 1.1 - Localização da Província Petrolífera de Urucu-AM. 2
Figura 1.2 - Situação da Província Petrolífera de Urucu-AM. 2
Figura 2.1 - Macro regiões de solos amazônicos com potencial de uso geotécnico
distinto (modificado - Vertamatti, 1987).
6
Figura 2.2 - Diagrama Trilinear de Solos (MIT). 8
Figura 2.3 - Carta de Classificação de Casagrande. 9
Figura 2.4 - Ocorrência de Solos Lateríticos no Brasil (Villibor et al., 2000). 15
Figura 2.5 - Associação entre os raios dos meniscos capilares com a pressão num solo
não saturado (modificado – Pinto, 2000).
17
Figura 3.1 - Localização das jazidas estudadas. 35
Figura 3.2 - Granulometria da areia fina do Rio Urucu. 36
Figura 3.3 - Granulometria da areia grossa do Rio Solimões. 37
Figura 3.4 - Granulometria da cal. 38
Figura 3.5 - Granulometria do cimento Nassau. 38
Figura 3.6 - Granulometria com e sem ultra-som para um perfil de solo
de 0,5m a 2,5m (Jazida 5).
44
Figura 3.7 - Granulômetro e acessórios. 45
Figura 3.8 - Ensaios da metodologia MCT expedita. 47
Figura 3.9 - Curva característica de sucção do solo. 48
Figura 3.10 - Variação da carga com o pH de um solo ferralítico vermelho. P – carga
negativa permanente das partículas; A – carga negativa, desenvolvida a pH elevado; B
– carga positiva desenvolvida a pH baixo (modificado - Costa, 1973).
52
Figura 3.11 - Compactação estática utilizada na pesquisa. 59
Figura 3.12 - (a) Execução de CBR; (b) ferramentas utilizadas na montagem do CP;
(c) CP após o ensaio.
60
Figura 3.13 - Ensaios de Desagregação. (a) imersão total e (b) imersão por etapas. 63
Figura 3.14 - Ensaio de Perda de Massa por Imersão. 64
Figura 3.15 - Corpos-de-prova para ensaio de Massa Especifica pela balança
hidrostática.
64
Figura 4.1 - Variação de wnat com a profundidade - jazida 5. 66
xii
Figura 4.2 - Umidade higroscópica ao longo do tempo. 68
Figura 4.3 - Perfil granulométrico do solo das jazidas com e sem ultra-som. 69
Figura 4.4 - Limites de Liquidez(wL) e Indice de Plasticidade. 71
Figura 4.5 - Limites de Liquidez(wL), umidade de moldagem das pastilhas e umidade
natural.
72
Figura 4.6 - Massa específica dos grãos. 74
Figura 4.7 - Difratrogramas do perfil de profundidade - Furo 4. 82
Figura 4.8 - Difratrogramas das jazidas 1, 2, 3 e 4. 83
Figura 4.9 - Difratrogramas das misturas solo-cal e solo-cimento. 84
Figura 4.10 - Difratograma da jazida 5. 85
Figura 4.11 - MEV do solo natural. 90
Figura 4.12 - MEV do solo estabilizado com 2% de cal. 91
Figura 4.13 - MEV do solo estabilizado com 6% de cal. 91
Figura 4.14 - MEV do solo estabilizado com 2% de emulsão. 92
Figura 4.15 - MEV do solo estabilizado com 2% de emulsão mais 3% de cal. 92
Figura 4.16 - MEV do solo estabilizado com 2% de emulsão mais 3% de cimento. 93
Figura 4.17 - Curvas de compactação dinâmica com pré-secagem (natural) e com
secagem.
94
Figura 4.18 - Curvas de compactação dinâmica das jazidas 1, 2, 3 e 5. 95
Figura 4.19 - Curvas de compactação dinâmica e estática, nas energias (a) Normal e (b)
Intermediária obtidas para a jazida 2 e 5, respectivamente.
96
Figura 4.20 - Curvas de compactação nas energias (a) Normal e (b) Intermediária -
jazida 2.
96
Figura 4.21 - Curvas de compactação nas energias (a) Normal e (b) Intermediária -
jazida 3.
97
Figura 4.22 - Curvas de compactação na energia Intermediária - jazida 5. 98
Figura 4.23 - Curva de compactação na energia Intermediária - jazida 5. 99
Figura 4.24 - CBR x w e CBR x Sr das misturas solo-cal nas energias Normal (a) e (c)
e Intermediária (b) e (d) - jazida 2.
102
Figura 4.25 - CBR x pF e CBR x pF/e das misturas solo-cal nas energias Normal (a) e
(c) e Intermediária (b) e (d) - jazida 2.
103
Figura 4.26 - CBR x w e CBR x Sr das misturas solo-cal nas energias Normal (a) e (c)
e Intermediária (b) e (d) - jazida 3.
104
xiii
Figura 4.27 - CBR x pF e CBR x pF/e das misturas solo-cal nas energias Normal (a) e
(c) e Intermediária (b) e (d)– jazida 3.
105
Figura 4.28 - CBR x w e CBR x Sr das misturas solo-cal na energia Intermediária -
jazida 5
106
Figura 4.29 - CBR x pF, CBR x pF/e das misturas solo-emulsão na energia
Intermediária - jazida 5.
107
Figura 4.30 - CBR x w e CBR x Sr das misturas solo-emulsão na energia Intermediária
- jazida 5.
108
Figura 4.31 - CBR x w e CBR x Sr das misturas solo-areia na energia Intermediária -
jazida 5.
109
Figura 4.32 - (a) CBR x pF, (b) CBR x pF (c) CBR x pF/e e (d) CBR x pF/e das
misturas solo-areia na energia Intermediária – jazida.5.
110
Figura 4.33 - (a) CBR x γd da mistura solo-areia na energia Intermediária - jazida 5. 111
Figura 4.34 - (a) CBR x w (b) CBR x Sr (c) CBR x pF e (d) CBR x pF/e das misturas
solo-cimento na energia Intermediária - jazida 5.
112
Figura 4.35 - (a) CBR x w (b) CBR x Sr (c) CBR x pF e (d) CBR x pF/e das misturas
diversas na energia Intermediária - jazida 5.
113
Figura 4.36 - Influência da umidade de compactação no CBR – Jazida 3. 114
Figura 4.37 - Comparação dos CBR das diversas estabilizações – Jazida 5. 115
Figura 4.38 - Peso específica aparente seco nas energias (a) Normal e (b) Intermediária
– Jazida 2.
116
Figura 4.39 - Peso específica aparente seco nas energias (a) Normal e (b) Intermediária
– Jazida 3.
117
Figura 4.40 - Peso específica aparente seco na energia Intermediária – Jazida 5. 118
Figura 4.41 - Peso específica aparente seco na energia Intermediária – Jazida 5. 119
Figura 4.42 - Curvas características nas energias (a) e (c) Normal e (b) e (d)
Intermediária jazida 2.
120
Figura 4.43 - Curvas características nas energias (a) e (c) Normal e (b) e (d)
Intermediária jazida 3.
121
Figura 4.44 - Curvas características das misturas solo-cal e solo-emulsão: (a) e (c) pF x
w e (b) e (d) epF x Sr – jazida 5.
122
Figura 4.45 - Curvas características das misturas solo-cimento e diversas: (a) e (c) pF x
w e (b) e (d) expF x Sr – jazida 5.
123
xiv
Figura 4.46 - Curvas características das misturas solo-areias grossa e fina: (a) e (c) pF
x w e (b) e (d) expF x Sr – jazida 5.
124
Figura 4.47 - Influência da umidade de compactação na curva característica - Jazida 3. 125
Figura 4.48 - Perda de Massa por Imersão do solo natural (a) Jazida 2 e (b) Jazida 3. 126
Figura 4.49 - Perda de Massa por Imersão do solo natural e das misturas - Jazida 5. 127
Figura 4.50 - Correlação entre propriedades químicas e físicas do solo natural. 131
Figura 4.51 - Correlação entre propriedades químicas e os teores cal e cimento. 132
Figura 4.52 - Correlação entre pH e os teores emulsão + cal ou cimento. 133
Figura 4.53 - Correlação entre propriedades físicas e químicas para as misturas solo-
cal.
133
Figura 4. 54 - Correlações entre (a) Teor de Agregação, (b) Agregados Totais e Acidez
Total.
134
Figura 4.55 - CBR x Teor de cal (a) na umidade ótima e (b) na umidade de
compactação.
134
Figura 4.56 - Correlações entre propriedades físicas e químicas, para o solo natural. 135
Figura 4.57 - Picos dos minerais (a) mistura de solos de um furo (jazidas 1, 2, 3, 4 e 5)
e (b) perfil complete ( J-5).
136
Figura 4.58 - Correlação entre propriedades químicas e mineralógicas: (a) CTC x
picos(illita+caulinita) e (b)Acidez Total x picos(illita+caulinita), (c) pH(KCl) x picos
de caulinita e (d) pH(KCl) x picos goethita.
137
Figura A.1 - Curvas características nas energias: (a) Normal e (b) Intermediária –
Jazida 2.
148
Figura A.2 - Curvas características nas energias: (a) Normal e (b) Intermediária –
Jazida 3.
148
Figura A.3 - Curvas características das misturas (a) solo-cal e (b) solo-emulsão –
Jazida 5.
149
Figura A.4 - Curvas características das misturas (a) solo-cimento e (b) diversa – Jazida
5.
149
Figura A.5 - Curvas características das misturas (a) solo-areia grossa e (b) solo-areia
fina – Jazida 5.
150
xv
LISTA DE TABELAS
Capítulo Página
Tabela 2.1 - Propriedades esperadas dos grupos de solos do SUCS (modificada -
Murrieta, 1994).
18
Tabela 2.2 - Propriedades e Utilização dos Grupos de Solos da MCT (Nogami e
Villibor, 1995).
19
Tabela 2.3 - Propriedades Típicas dos Grupos de Solos (DNER-CLA 259/1996). 20
Tabela 2.4 - Correlações entre os horizontes da proposição de Cardoso (2002) e as
diferentes classificações de perfis lateríticos.
21
Tabela 2. 5 - Qualidades dos solos para estabilização com emulsão (Momm, 1983). 32
Tabela 2.6 - Faixas de Composição Granulométrica (DNER-ES 303/97). 33
Tabela 3.1 - Características gerais das jazidas estudadas. 34
Tabela 3.1 - Características da cal utilizada nas misturas solo-cal. 37
Tabela 3.2 - Tipos de emulsão asfálticas usadas em pavimentação. 39
Tabela 3.3 - Características da emulsão produzida pela Petrobrás S.A. 40
Tabela 3.4 - Massa Específica dos sólidos de diferente minerais (modificada -
Nogueira, 2001).
42
Tabela 3.6 - Limites de Atterberg para argilo-minerais (modificado - Mitchell,1993). 43
Tabela 3.7 - Classificação das argilas em função da atividade (modificada – Vargas,
1978).
46
Tabela 3.8 - Valores de CTC (modificado – Guimarães, 1971). 51
Tabela 3.9 - Classificação dos solos quanto ao teor de matéria orgânica (Costa, 1973). 54
Tabela 3.10 - Composição das misturas estudadas. 57
Tabela 4.1 - Limites de Atterberg para o solo natural e para as misturas solo-cal. 73
Tabela 4.2 - Resultados dos ensaios da classificação MCT expedita – Jazida 2. 75
Tabela 4.3 - Resultados dos ensaios da classificação MCT expedita – Jazida 3. 75
Tabela 4.4 - Resultados dos ensaios da classificação MCT expedita – Jazida 5. 76
Tabela 4.5 - Caracterização física da Jazida 1. 78
Tabela 4.6 - Caracterização física da Jazida 2. 78
Tabela 4.7 - Caracterização física da Jazida 3. 78
Tabela 4.8 - Caracterização física da Jazida 4. 78
Tabela 4.9 - Caracterização física da Jazida 5. 78
xvi
Tabela 4.10 - Intensidade dos picos dos principais minerais nas jazidas. 80
Tabela 4.11 - Intensidade dos picos dos principais minerais nas misturas solo-cimento. 81
Tabela 4.12 - Intensidade dos picos dos principais minerais nas misturas solo-cal. 81
Tabela 4.13 - Propriedades químicas de um perfil completo de solo natural das jazida 1,
2 e 3.
87
Tabela 4.14 - Propriedades químicas de um perfil completo de solo natural das jazida 4
e 5.
87
Tabela 4.15 - Propriedades químicas da mistura solo-cal para as jazidas 2, 3 e 5. 88
Tabela 4.16 - Propriedades químicas das mistura solo-emulsão, solo-cimento e solo-
emulsão-cal e/ou cimento para a jazida 5.
89
Tabela 4.17 - Resultados de ensaio de perda de massa por imersão – Jazida 2. 126
Tabela 4.18 - Resultados de ensaio de perda de massa por imersão – Jazida 3. 126
Tabela 4.19 - Resultados do ensaio de desagregação nas misturas solo-cal – Jazida 2. 128
Tabela 4.20 - Resultados do ensaio de desagregação nas misturas solo-cal – Jazida 3. 129
Tabela 4.21 - Resultados do ensaio de desagregação nas misturas solo-cal e solo-
cimento – Jazida 5.
129
Tabela 4.22 - Resultados do ensaio de desagregação nas misturas solo-emulsão – Jazida
5.
129
Tabela 4.23 - Resultados do ensaio de desagregação nas misturas solo-areia – Jazida 5. 130
Tabela A.1 - Resultados dos ensaios da classificação MCT expedita – Jazida 1 150
Tabela A.2 - Resultados dos ensaios da classificação MCT expedita – Jazida 4. 151
xvii
LISTA DE SÍMBOLOS, NOMENCLATURA E ABREVIAÇÕES
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
AF / af areia fina
AG / ag areia grossa
Al Alumínio
Al% percentagem de saturação por alumínio
AM Amazonas
ASTM American Society for Testing and Materials
ATD Análise Térmica Diferencial
A.T. Agregados Totais
Ca Cálcio
CaO Óxido de cálcio
CAP Cimento Asfáltico de Petróleo
CBR California Bearing Ration ou capacidade de suporte
CBRic Capacidade de suporte com imersão e sobrecarga
CBRsic Capacidade de suporte sem imersão e sem sobrecarga
Cc Coeficiente de Curvatura
Cd Coeficiente de nãouniformidade ou desuniformidade
CH argila inorgânica de alta plasticidade
CL argila inorgânica de baixa plasticidade
C.U. análise granulométrica com ultra-som
Cm centímetro
CP Cimento Portland
CR asfalto diluído tipo cura rápida
CTC Capacidade de Troca Catiônica
ºC grau centígrado
D diâmetro
DER-DF Departamento de Estradas de Rodagem do Distrito Federal
DER-SP Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
E indice de vazios
E.I. Energia Intermediária de Compactação
xviii
ES Especificação de Serviço
epF ou e×pF produto do índice de vazios pela sucção mátrica
E.N. Energia Normal de Compactação
Fe Ferro
Fig. figura
G.R. Grau de Alteração
GW / GP Pedregulho bem graduado / Pedregulho mal graduado
H Hidrogênio
HRB Highway Research Board
Ia Índice de atividade
Ia (S.U.) Índice de atividade sem ultra-som
Ia (C.U.) Índice de atividade com ultra-som
IBP Instituto Brasileiro do Petróleo
IG Índice de Grupo
IP ou IP Índice de Plasticidade
ISSMFE Internacional Society for Soil Mechanics and Foundation
Engineering
J-1 Jazida 1
J-2 Jazida 2
J-3 Jazida 3
J-4 Jazida 4
J-5 Jazida 5
K Potassío
KCl cloreto de cálcio
kg/m3 quilograma/metro cúbico
kN/m2 quiloNewton/metro quadrado
kN/m3 quiloNewton/metro cúbico
KPa QuiloPascal
L Laterítico
LA Laterítico Areia
LA' Laterítico Arenoso
LG Laterítico Argiloso
Ltda limitada
xix
M metro
MB Método Brasileiro
MCV Moisture Condition Value
MCT Miniatura Compactado Tropical
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura
MIT Massachusetts Institute of Tecnology
Mini-MCV ensaio de compactação da metodologia MCT
Mini-CBR ensaio de suporte da metodologia MCT
MH silte de alta plasticidade
Mg Magmésio
Mm milímetro
m2 metro quadrado
m3 metro cúbico
mold. umidade de moldagem das pastilhas
MO matéria orgânica
N Número de Tráfego
NA Não Laterítico Areia
NA' Não Laterítico Arenoso
Na Sódio
NBR Norma Brasileira Registrada
NG Não Laterítico Argiloso
NS' Não Laterítico Siltoso
OH argilas orgânicas de media e alta plasticidade
OL siltes orgânicos e siltes arrgilosos de baixa plasticidade
P-EB Especificação Brasileira de Petróleo
pF logarítmo da sucção em centímetros de coluna de água
pH potencial hidrogeniônico
PI Perda de massa por imersão
Prof. (m) ou prof.(m) profundidade em metros
PVC Policloreto de vinila
Pt solos orgânicos
Q Quantidade de calor
RL Ruptura Lenta
xx
RM Ruptura Média
RR Ruptura Rápida
S soma das bases trocáveis
Si Silício
Sr grau de saturação
SUCS Sistema Unificado de Classificação de Solos
S.U. análise granulométrica sem ultra-som
SW / SP areia bem graduada / areia mal graduado
T.A. Teor de Agregação
TRB Transportation Research Board
ua-uw (kPa) sucção matricial
USA Estados Unidos da América
USBS United States Bureau of Soil
V% percentagem de saturação por bases
w teor de umidade
wL ou LL Limite de Liquidez
wP Limite de Plasticidade
% percentagem ou porcentagem
º S Latitude Sul
º grau
º W Longitude Oeste
γd peso específico aparente seco
ρs massa específica dos sólidos
∆pH variação de pH
1
1 INTRODUÇÃO
1.1 APRESENTAÇÃO
Desde que o homem passou a ocupar permanentemente os espaços, começou a
produzir alimentos em excesso e necessitou se deslocar para outros lugares mais distantes.
Surgiu então a necessidade de construção de estradas.
Com o desenvolvimento industrial surgiram novas ocupações nos espaços terrestres
implicando em crescente exploração do meio ambiente. Com a criação de cidades e a
exploração dos recursos naturais, por exemplo, petróleo, minérios, gerou-se a necessidade de
construir estradas para fazer a interligação das cidades e escoar a produção.
Para a construção das estradas os materiais básicos mais utilizados ainda são os
naturais (areia, pedras). Com o uso freqüente, eles tornaram-se escassos e, além do mais, os
órgãos ambientais estão mais rigorosos quanto à exploração desses materiais.
Atualmente, cresce a importância do uso dos solos finos locais nas camadas de
pavimentos rodoviários, seja pelas restrições ambientais, seja pela escassez de jazidas capazes
de fornecerem solos grossos adequados para as finalidades rodoviárias, seja ainda pelo custo
excessivo do transporte.
O emprego de solos finos locais, após correção das propriedades de engenharia que os
inviabilizavam para o uso em rodovias, impõe a necessidade de um estudo mais detalhado de
suas propriedades geotécnicas naturais, com o objetivo de selecionar quais técnicas de
correção devam ser adotadas.
Neste contexto é que a estabilização adquire grande importância para a realidade
rodoviária, induzindo instituições de ensino e pesquisa e empresas a ampliarem os estudos das
propriedades naturais dos solos e das propriedades geotécnicas das misturas estabilizadas.
O momento atual exige que os projetos de estradas sejam mais bem estudados quanto
ao uso dos materiais locais.
1.2 OBJETIVO
Nesta pesquisa foram definidos como objetivos básicos os seguintes:
- Analisar os solos da região de Urucu e classificá-los para fins de uso nos projetos
rodoviários regionais;
2
- Estudar o potencial de estabilização química dos solos;
- Estudar o potencial de estabilização granulométrica dos solos finos regionais.
1.3 ÁREA DE ESTUDO
A área de estudo pertence à PETROBRÁS e está situada em plena floresta amazônica,
nas proximidades da latitude 5º S e longitude 65º W, distando de Manaus aproximadamente
650 km a oeste (Figuras 1.1 e 1.2).
Figura 1.1 - Localização da Província Petrolífera de Urucu-AM.
Figura 1.2 - Situação da Província Petrolífera de Urucu-AM.
URUCU
Manaus
Belém
3
1.4 CRITÉRIOS PARA A ESCOLHA DAS JAZIDAS A SEREM
ESTUDADAS
Foram coletados solos de 5 jazidas localizadas às margens da estrada tronco (Figura
3.1), indicadas pelos engenheiros da Petrobrás. Dentre elas optou-se por estudar
detalhadamente somente três, pelas seguintes razões:
- melhor localização em relação à extensão da estrada tronco;
- maior volume explorável;
- exame preliminar das características mais adequadas para uso em pavimentação obtidas a
partir de análise táctil-visual;
- sugestões dos técnicos residentes na área de estudo.
Para as demais jazidas foram realizados os ensaios básicos de caracterização física,
química e mineralógica.
1.5 ESCOPO DA DISSERTAÇÃO
Esta dissertação é composta pelos seguintes capítulos:
Capítulo I – Introdução apresentando a área de estudo e os objetivos da dissertação;
Capítulo II – Revisão bibliográfica abrangendo as classificações do solo, os tipos de
estabilização dos solos e as mudanças que ocorrem nas propriedades dos solos com a adição
de produtos químicos;
Capítulo III – Descrição dos materiais utilizados, a metodologia empregada nos ensaios
realizados em laboratório;
Capítulo IV – Apresentação e análise dos resultados de caracterização física, química,
mineralógica e microestruturais, correlações das propriedades geotécnicas e análise dos
resultados da estabilização;
Capítulo V – Conclusões e sugestões para pesquisas futuras.
4
2 REVISÃO BIBIOGRÁFICA 2.1 INTRODUÇÃO
A definição de solo não é a mesma na engenharia, na agronomia, ou na geologia e em
outras áreas de atuação. Entretanto, de acordo com o ponto de vista do engenheiro rodoviário
o conceito de solo inclui todo o tipo de material, orgânico ou inorgânico, inconsolidado ou
parcialmente cimentado, encontrado na superfície da terra, resultante da desintegração e
decomposição das rochas superficiais (Guimarães, 1971).
Os solos são considerados pela engenharia como materiais de construção e de
sustentação das obras. Em rodovias compõem as camadas estruturais do pavimento, isto é, o
subleito, a sub-base e a base, e às vezes, a capa de rolamento.
O solo pode ser considerado como o material de construção civil mais comum e de
maior abundância na crosta terrestre. No entanto, devido aos elevados custos das obras de
engenharia civil, as aplicações clássicas dos solos como materiais de pavimentação tem se
regido por especificações técnicas rigorosas que permitem apenas o uso de jazidas de
empréstimo de qualidade tecnológica superior, no que diz respeito à resistência, a
deformabilidade e permeabilidade. Este fato induz a necessidade de se desenvolver estudos de
processos de estabilização que possibilitem melhorar determinadas propriedades geotécnicas
dos solos, em particular no nível regional, de modo a enquadrá-los dentro das especificações
construtivas vigentes.
Segundo Vargas (1978), as propriedades físicas de maior interesse do ponto de vista
geotécnico no estudo de um solo são: a textura, a plasticidade e a estrutura; a partir dessas
propriedades é possível fazer uma caracterização expedita do solo.
Nóbrega (1985), definiu solo como um conjunto de minerais em íntima coexistência,
composto de:
- minerais remanescentes da rocha ou sedimentos que deu origem ao solo: presente nas
frações areia e argila;
- minerais secundários, formados a partir de minerais pré-existentes pela ação do
intemperismo: constituintes da fração argila.
Ainda de acordo com esta autora, a grande maioria das reações que se processam no
sistema solo-água está diretamente relacionada à atividade das partículas existentes no
material. Esta atividade é função da superfície específica dessas partículas. Pode-se dizer
então que:
5
- a fração areia é inativa;
- a fração silte pode em alguns casos apresentar certa atividade;
- a fração argila é a mais reativa e a principal sede dos fenômenos físico-químicos que se
processam no solo
Em síntese, a análise das informações existentes na literatura, deixa claro que as
propriedades e comportamento dos solos dependem da textura, composição química e
mineralógica e do arranjo interpartículas predominantes no solo.
Nos solos tropicais todos estes aspectos estão intimamente ligados ao processo de
intemperismo pelo qual passou o solo e este por sua vez depende de fatores como geologia,
geomorfologia, drenagem e clima. Se os demais podem ser comuns entre regiões, este último
exerce grande influência sobre a formação do solo e varia de região para região. Sendo assim
torna-se difícil transportar as experiências regionais na íntegra de uma região para outra.
Um outro aspecto relevante diz respeito ao fato de que a grande experiência com
materiais para base e sub-base rodoviária está ligado ao uso de materiais granulares. No
entanto, na região Amazônica, particularmente na região de Urucu, tais materiais são
extremamente escassos, o que impõe a necessidade de estudos de viabilidade de uso dos solos
finos regionais.
Embora os solos finos, principalmente os arenosos, venham sendo usados como
materiais de base e sub-base no Estado de São Paulo, o uso não seria adequado para os solos
de Urucu pelas suas peculiaridades de propriedades físico-química, mineralógica, de
comportamento e pelo próprio clima regional.
Em virtude disso optou-se por estudar o comportamento dos solos de Urucu quando
estabilizados com cal, cimento, emulsão, cal mais emulsão, cimento mais emulsão e
granulometricamente. O estudo básico foi feito sobre solos de 5 jazidas com potencial de
utilização das quais selecionou-se 3 para estudos mais específicos.
2.2 CARACTERIZAÇÃO FISIOGRÁFICA DA REGIÃO
O relevo do estado é dominado por depressões, como a Depressão Norte-amazônica e
a Depressão da Amazônia Ocidental. A Planície do Rio Amazonas estende-se ao longo de seu
curso e dos seus principais afluentes
O clima do Estado do Amazonas é equatorial úmido. A temperatura média oscila entre
22ºC e 28ºC, e a precipitação média anual varia entre 1 500 mm e 3 000 mm.
6
A Floresta Amazônica Tropical densa recobre quase todo o estado, que também
apresenta pequenas manchas de campos e cerrados.
A Região Amazônica caracteriza-se pela ocorrência de solos com gêneses e
peculiaridades distintas, segundo Vertamatti (1987), dentre os quais se destacam os Solos
Podzólicos, Latossólicos, Hidromórficos e Aluviais. Os solos Podzólicos apresentam perfis
desenvolvidos e se encontram moderadamente intemperizados; os Latossólicos são bem
intemperizados e com características de materiais lateríticos, podendo apresentar concreções
ferruginosas de elevada resistência; os Hidromórficos se desenvolvem sob influência de
lençol freático elevado em zonas de topografia plana, podendo apresentar acúmulo de húmus
ou concreções de óxidos de ferro em determinados pontos na zona de oscilação de água, os
Aluviais se constituem em sedimentos de origem fluvial, sendo fonte de extração de areia e
seixo rolado.
A Figura 2.1 mostra duas divisões da região amazônica com os diferentes tipos de solo
com aptidões geotécnicas distintas. A Bacia Podzólica do Solimões, com abundância de solos
finos e com uso potencial destes solos com estabilização. A outra é a Região Latossólica do
Amazonas, onde se encontram vários tipos de solos e agregados que podem ser usados na
estrutura de pavimentos “in natura”.
Figura 2.1 - Macro regiões de solos amazônicos com potencial de uso geotécnico distinto.
(modificado - Vertamatti, 1987).
2.3 CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS
Bacia Podzólica do Solimões Bacia Latossólica do Amazonas
7
O solo tem sido objeto de estudo e pesquisa em diversos ramos da ciência e
tecnologia, dentre eles cita-se: a agricultura, a engenharia, a geologia. Sendo que cada uma
dessas áreas desenvolveu classificações de acordo com suas necessidades. Dentre as mais
conhecidas na engenharia civil, estão as classificações Genéticas (pedológica e geológica) e as
Geotécnicas.
2.3.1 CLASSIFICAÇÃO GENÉTICA
As classificações genéticas ajudam a interpretar a distribuição e o comportamento das
diferentes camadas de solo de determinada área. Divide-se em duas categorias: Geológica e
Pedológica.
A classificação geológica corresponde à interpretação da gênese do solo, com base na
análise táctil-visual, em observações de campo acerca da forma de ocorrência (morfologia) e
das relações estratigráficas com outras ocorrências (solos e rochas), interpretando-se os
processos responsáveis pela gênese (Pastore et al., 1988).
A classificação pedológica, por sua vez concentra seu interesse na parte mais
superficial do perfil de solo, onde é mais evidente a atuação de fatores pedogenéticos,
diferenciando o perfil em horizontes. Esta classificação, embora ainda pouco usada é muito
importante na área geotécnica e para os agrônomos.
2.3.2 CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA
As classificações geotécnicas buscam associar as propriedades físicas dos solos ao
comportamento dos solos para as diversas obras civis. Das classificações geotécnicas, duas
são tradicionalmente muito utilizadas na Engenharia Rodoviária: a Highway Research Board
(HRB-AASHT, hoje chamada de TRB) e a Unified Soil Classification System (SUCS), ambas
tem como índices classificatórios os limites de Atterberg (limites de liquidez e plasticidade) e
a granulometria. Destacando-se que antes dessas propostas classificatórias as classificações
levavam em conta apenas a textura ou apenas a plasticidade. Recentemente alguns órgãos
rodoviários do país estão também adotando para os solos finos a classificação MCT, que tem
como base a avaliação do comportamento dos solos.
Na classificação textural os solos são classificados de acordo com sua granulometria,
ou seja, com o tamanho de suas partículas, obtidas do ensaio granulométrico. Segundo
8
Terzaghi & Peck (1962), a classificação textural é falha, pois as propriedades físicas das
frações mais finas dependem de muitos outros fatores, além da granulometria. As escalas mais
utilizadas para a classificação textural dos solos são as elaboradas pelo MIT, USBS e ABNT
(1980b). A Figura 2.2 apresenta a classificação trilinear, muito usada na Agronomia.
Figura 2.2 - Diagrama Trilinear de Solos (MIT).
2.3.2.1 SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS (SUCS)
Atterberg estudando solos com textura semelhante, mas que apresentavam
comportamento diferentes desenvolveu uma metodologia para avaliar consistência do solo,
surgindo daí os limites de liquidez (wL), limites de plasticidade (wP), limites de contração
(wS) e índice de plasticidade (IP). A partir destes parâmetros surgiu a carta de classificação
proposta por Casagrande (Figura 2.3).
No Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS) os solos são divididos em
14 grupos e representados por duas letras: a primeira relativa a granulometria e a segunda à
plasticidade. Têm-se para os solos com mais de 50% da fração fina retida na peneira de
0,075mm as denominações de pedregulhos (G) e areias (S), podendo ser bem graduados (W)
ou mal graduados (P). Para os solos cuja fração fina passa mais de 50% na peneira de malha
0,075mm têm-se os siltes (M) e argilas (C), que podem ser de alta (H) e baixa (L)
plasticidade, e têm-se ainda os solos orgânicos (Pt). Este sistema de classificação se
9
fundamenta na caracterização táctil visual, na textura ao considerar as frações granulométricas
e os coeficientes de desuniformidades (Cd) e de curvatura (Cc) da curva granulométrica e nos
limites de Atterberg ao levar em conta a Carta de Casagrande.
0
10
20
30
40
0 10 20 30 40 50 60 70 80
wL(%)
I P(%
)
ML
CH
CL-ML ML ou OL
OH ouMH
CL
CL
Linha B
Linha A
Figura 2.3 - Carta de Classificação de Casagrande.
A exemplo da classificação TRB nesta classificação também se buscou associar a
classificação do solo ao seu comportamento para uso em obras de engenharia. A Tabela 2.1
ilustra este tipo de tentativa (Murrieta, 1994).
2.3.2.2 CLASSIFICAÇÃO TRANSPORTATION RESEARCH BOARD (TRB)
A classificação TRB, antiga HRB, une as características granulométricas e as
propriedades de plasticidade. É adotada pela maioria dos órgãos públicos rodoviários
nacionais. Além de se basear nas propriedades índice (wL, wP e granulometria), utiliza
também o índice de grupo (IG) que é função dos valores das percentagens passadas na
peneira Nº 200 (0,074 mm), dos limites de liquidez e plasticidade. O índice de grupo atribui
um valor ao solo (de 0 a 20), o qual varia inversamente com a capacidade de suporte do
subleito considerando boas condições de drenagem e compactação. Nesta classificação, os
solos são divididos nos grupos A1 a A7, sendo os mesmos divididos em subgrupos como
descreve (Murrieta, 1994).
10
Segundo Nogueira (1961), o comportamento do solo como camada para estrutura de
pavimento é considerado de excelente a bom para os grupos (A1 a A3) e para os demais
grupos é considerado de regular a mau.
Fortes et al. (1999), cita diversos autores entre eles, Lamb (1962), Moh e Mazhar
(1969), Lyon Associates (1971), Gidigasu (1980), Nogami e Villibor (1979), Mitchell e Sittar
(1982) investigaram e discutiram as limitações das classificações geotécnicas chamadas de
convencionais, as quais se baseiam nas propriedades índices. Algumas destas limitações
ocorrem principalmente em razão das diferenças existentes entre a natureza das frações de
argila e areias, de solos das regiões tropicais e regiões temperadas, para as quais tais
classificações foram desenvolvidas.
A fração de argila dos solos lateríticos ou tropicais possui óxidos de ferro e/ou
alumínio hidratados, bem como argilosminerais que conferem baixa expansibilidade e alta
capacidade de suporte quando compactados. Quanto à fração arenosa, pode conter elevada
percentagem de concreções de resistência inferior à da areia tradicional (de quartzo). A
presença de mica e/ou feldspato nos solos saprolíticos reduz a densidade seca, a capacidade de
suporte e o índice de plasticidade, aumentando o teor de umidade ótima e a expansão do solo.
Sendo assim, as limitações quanto às classificações tradicionais podem ser resumidas
em:
- repetibilidade dos resultados dos ensaios;
- falta de correlação entre classificação e comportamento geotécnico (propriedades mecânicas
e hidráulicas).
2.3.2.3 CLASSIFICAÇÃO GEOTÉNICA MCT EXPEDITA
Os órgãos rodoviários nacionais estabeleceram, independentes da região,os ensaios de
caracterização geotécnica (a granulometria, o limite de liquidez e o índice de plasticidade),
como base para a escolha preliminar de solos para obras viárias. No entanto, alguns trabalhos
buscam mostra que na prática esses ensaios não seriam adequados para a separação dos
principais tipos de solos que ocorrem em regiões de clima tropical (Godoy et al., 2002).
Nogami e Villibor (1981 e 1985) desenvolveram a metodologia de ensaios MCT, com
base na justificativa de que a aplicabilidade dos procedimentos tradicionais levava a
resultados insatisfatórios, quanto ao desempenho estrutural dos solos finos. Essa metodologia
caracteriza-se pela determinação de propriedades mais representativas do comportamento dos
solos tropicais (contração, penetração e permeabilidade), tendo-se em vista sua utilização em
11
obras viárias em geral e, em particular às de pavimentação. Cabe destacar que Nogami disse
em sua brilhante palestra proferida no XI COBRANSEF-DF que a metodologia MCT se
destinava tão somente aos solos compactados.
Nogami e Villibor (1981) designaram como “solos com comportamento laterítico”
aqueles que contêm agentes cimentantes, e que quando devidamente compactados e após
secarem, adquirem um comportamento mecânico e hídrico caracterizados pelas seguintes
propriedades: resistências elevadas, permeabilidades e deformabilidades baixas em relação
aos solos que não os contêm.
A metodologia MCT tem como finalidade a caracterização, identificação e
classificação de solos tropicais. A Classificação proposta apresenta a distinção dos solos
tropicais em duas grandes classes: Não-lateríticos (N) e Lateríticos (L) e por sua vez as
classes divididas em sete grupos distintos:Não Lateríticos Areias (NA), Não Lateríticos
Arenosos (NA`), Não Lateríticos Siltosos (NS`), Não Lateríticos Argilosos (NG`), Lateríticos
Areias (LA), Lateríticos Arenosos (LA`) e Lateríticos Argilosos (LG`) (ver Tabelas 2.2 e 2.3).
No entanto, os ensaios propostos não podem ser enquadrados dentro da categoria de ensaios
expeditos para o levantamento geotécnico preliminar.
Para suprir esta lacuna, Nogami e Cozzolino (1985) propuseram um novo ensaio
designado de “ensaio expedito das pastilhas” que consiste na avaliação de propriedades de
comportamento de pastilhas moldadas em anéis de 20 mm de diâmetro por 5 mm de altura. A
partir do ensaio se faz a identificação expedita dos grupos da classificação MCT. Segundo os
autores este ensaio vem substituir os índices de consistência do solo e a granulometria, na
identificação e classificação preliminar dos solos tropicais, possibilitando uma caracterização
quanto ao seu comportamento mecânico e hídrico.
Segundo Godoy et al. (2002), o ensaio das pastilhas faz uma avaliação das
propriedades, principalmente da contração diametral e da resistência à penetração da pastilha
de solo após reabsorção de água, enquanto os índices de consistência do solo e a
granulometria estão relacionados ao comportamento geotécnico por inferência. Entre outras
vantagens do método das pastilhas destacam-se: menor tempo de obtenção de resultados,
reduzido volume de amostra utilizada em cada ensaio, simplicidade dos equipamentos e
praticidade na execução.
Esta hierarquização possibilita a distinção entre as principais classes de solos
existentes, ou seja, os Solos Lateríticos e os Não-lateríticos, e os grupos Areia, Arenoso e
Argiloso. A partir desta classificação é possível se fazer uma previsão da aplicação do
comportamento (Tabela 2.2) de cada tipo de solo; como mostrado na Tabela 2.3. Cabe
12
destacar ainda a existência de correlação direta entre o sistema de classificação MCT e os
tradicionais SUCS e TRB, como mostrado na Tabela 2.3.
Observa-se ainda que no método expedito são avaliadas as propriedades de:
deformabilidade (a partir da contração diametral por perda de umidade e pela expansão
diametral por reabsorção d’água), resistência (a partir da penetração de um penetrômetro na
pastilha de solo após esta ter sofrido reabsorção de água) e permeabilidade (a partir do tempo
para ascensão capilar d’água e capacidade de reabsorção d’água após secagem prévia). Tais
propriedades são importantes para a maioria das obras geotécnicas, uma vez que as
características (propriedades): contração, penetração e reabsorção de água, de certa forma
sintetizam o comportamento de um solo para aplicação em pavimentação. Enquanto a
contração se correlaciona com a compressibilidade dos solos compactados, a reabsorção de
água e a penetração estão relacionadas com a expansão, a coesão e a resistência desses solos
em presença de água.
O método MCT expedito já sofreu algumas modificações, entre as quais destacam-se
as de Fortes e Nogami (1991), Nogami e Villibor (1994), Godoy (1997) e Godoy e Bernucci
(2002).
Na verdade, todas essas propriedades classificatórias dos solos nos diferentes sistemas
de classificação refletem as propriedades físicas (textura, porosidade, estrutura), químicas
(nível de intemperismos e atividade) e mineralógicas (grau de evolução do mineral). Portanto,
nenhum dos sistemas é a priori ideal e auto-suficiente na estimativa do comportamento de
solos. Cada uma deles e todos eles em grupos constituem, no entanto, uma boa base para o
entendimento do comportamento geotécnico dos solos, principalmente se aliados aos aspectos
químicos, mineralógicos e estruturais, que marcam de modo bastante intenso os perfis de
solos tropicais, como mostra a classificação para o perfil de solos tropicais proposto por
Cardoso (2002) ao estudar solos do Distrito Federal (Tabela 2.4).
De acordo com Cardoso (2002) o perfil de intemperismo completo dessa proposta
possui 12 subhorizontes agrupados em 7 horizontes (Tabela 2.4), onde as características
químicas, mineralógicas e geotécnicas, originadas pelo intemperismo químico, são
contempladas.
Horizonte de Solo Orgânico (I) - Está presente em praticamente todos os perfis, geralmente
com pequena espessura. Pode ser composto, em diferentes proporções, por areia, silte e argila,
mas sempre contendo importante quantidade de matéria orgânica decomposta. Corresponde
aos horizontes O e A da classificação morfo-genética de solos.
13
Horizonte Laterítico (II) - Pode ser formado por solo residual ou transportado, tais como solos
aluvionares, coluviões e tálus, estando sempre afetado por processos de evolução pedológica,
como a laterização. Em depósitos de tálus antigos estes processos afetam a matriz de solo que
envolve os blocos de rocha e matacões. A curva granulométrica e a espessura deste horizonte
são muito variáveis, sendo conseqüência da rocha de origem e da sua posição no relevo. Não
apresenta estruturas típicas da rocha de origem, mas estruturas identificáveis pela pedologia.
Contêm minerais de argila (principalmente do grupo da caulinita), oxi-hidróxidos de ferro e
alumínio, e quartzo, que formam agregados meta-estáveis em estruturas porosas. Suas cores
predominantes são as de tons avermelhados e amarelados. Corresponde ao horizonte B da
classificação morfo-genética de solos.
Horizonte de Solo Saprolítico (III) - Formado por solo residual cuja principal característica é
apresentar a estrutura reliquiar da rocha de origem, podendo conter até 10% de blocos de
rocha. Além da estrutura da rocha, descontinuidades do maciço rochoso, tais como falhas,
fraturas e juntas encontram-se normalmente preservadas. A espessura e composição
granulométrica deste horizonte são também muito variáveis, dependendo de sua posição no
relevo e do material de origem. Os minerais mais comumente encontrados neste horizonte são
o quartzo, a caulinita e a mica. Predominam as cores branca, creme, roxo e amarelo-claro. Do
ponto de vista geotécnico, ainda é considerado solo.
Horizonte Saprolítico ou Saprólito (IV) - É a transição entre o maciço de solo e o maciço
rochoso. É composto basicamente por blocos ou camadas de rocha em diferentes estágios de
alteração, com dimensões variáveis, envolvidos por solo saprolítico. O solo tende a se
desenvolver ao longo de descontinuidades remanescentes do maciço rochoso, onde a
percolação da água é mais facilitada, e em zonas de rochas mais sensíveis à alteração. A
quantidade de blocos presente neste horizonte é muito ampla, de 10 a 90%, fazendo com que
o horizonte saprolítico apresente um comportamento geotécnico extremamente variável. A
espessura é bastante irregular, sendo comum grandes variações e mesmo ausência da camada
em certos trechos do maciço. É comum apresentar elevada permeabilidade e dificuldades de
escavação.
Horizonte de Rocha Muito Alterada (V) - Caracteriza o topo do maciço rochoso, sendo a
rocha geralmente composta por minerais em adiantado estágio de alteração, sem brilho e com
resistência reduzida quando comparada à rocha sã. A alteração da rocha é freqüentemente
mais intensa ao longo de juntas e fraturas do maciço.
14
Horizonte de Rocha Alterada (VI) - Neste horizonte a rocha apresenta minerais descoloridos
devido ao início do processo de alteração, sendo este mais evidente ao longo de juntas e
fraturas. A sua resistência é bem maior do que a do horizonte de rocha muito alterada.
Horizonte de Rocha Sã (VII) - É composto por rocha predominantemente sã, cujos minerais
apresentam-se com brilho, sem sinais evidentes de alteração, podendo haver, no entanto,
indícios do início desta ao longo de juntas e fraturas.
O horizonte ferruginoso normalmente presente em solos tropicais mostra os mesmos
quatro subhorizontes (cascalho laterítico, couraça ferruginosa, carapaça e zona mosqueada).
Estes subhorizontes representam todas as formas possíveis deste tipo de material se encontrar
na natureza. Em descrições de perfis para a geotecnia, esta subdivisão torna-se importante,
pois, na prática, as diferenças das estruturas e teores de oxi-hidróxidos de Fe e Al entre estas
subdivisões, geram conseqüentemente, (fortes diferenças entre os comportamentos
mecânicos).
2.4 SOLOS TROPICAIS
Segundo Nogami e Villibor (1996) solos tropicais são solos que possuem
comportamentos bem diversos daqueles previsíveis pelos procedimentos tradicionais de
caracterização e/ou classificação geotécnicas.
Haveria então grande interesse prático em saber se um solo tem comportamento
laterítico ou não segundo essa conceituação. Isto porque os métodos tradicionais, se utilizados
na identificação e classificação dos solos tropicais pode conduzir a conseqüências
desagradáveis, tais como:
- se o solo classificado comportar bem melhor que o previsto, ocorreria o
superdimensionamento do pavimento;
- se o solo classificado comportar bem pior que o previsto, ocorreria o subdimensionamento,
e assim se teria uma redução da vida do pavimento ou a sua ruptura precoce (Nogami &
Villibor, 1996).
Os solos tropicais são nitidamente os predominantes no Brasil, tanto em volume como
em áreas de abrangência, conforme mostrado na Figura 2.4.
15
Figura 2.4 - Ocorrência de Solos Lateríticos no Brasil (Villibor et al., 2000).
Considerando o manto de intemperismo os solos tropicais compreendem
genericamente os solos saprolíticos (pouco intemperizados) e os solos lateríticos
(profundamente intemperizados).
2.4.1 SOLOS SAPROLÍTICOS
Solos saprolíticos são aqueles que resultam da decomposição e/ou desagregação “in
situ” da rocha (considerada material consolidado da crosta terrestre), mantendo ainda, de
maneira nítida, a estrutura da rocha que lhe deu origem (Committee on Tropical Soils of
ISSMFE, 1985)
Os solos saprolíticos ocupam a parte mais profunda de um perfil de solo e em suas
condições naturais estão quase sempre subjacentes a uma camada de outro tipo genético de
solo. Originam-se pela decomposição de rocha preexistente. Portanto, herdam a estrutura da
rocha matriz, além de desenvolver outras feições decorrentes da heterogeneidade de atuação
do processo de intemperismo (atuação da água das chuvas e subterrânea, da temperatura). A
sua cor é muito variada, podendo ocorrer partes com cores branca, preta, azul, verde, roxa,
rósea, amarela e vermelha. São constantes a presença de manchas e mosqueamentos com
feições herdadas da rocha matriz ou desenvolvidas ao longo do processo de intemperismo;
podendo apresentar-se excepcionalmente homogênea em pequenas porções. Geralmente se
16
encontra sobrejacente a uma camada de rocha sã e contém, com freqüência, intercalações
desse material. As suas condições de drenagem também são variadas, podendo ocorrer tanto o
lençol freático quanto vários lençóis suspensos. A camada saprolítica é muitas vezes
subdividida em saprólito (menos intemperizado) e solo saprolítico (mais intemperizado).
A macroestrutura destes solos apresenta predominantemente heterogeneidade e
anisotropia, relacionada à estrutura da rocha matriz ou desenvolvida no processo de
intemperismo.
Quanto à constituição mineralógica, apresenta-se muita variada,uma vez que depende
do tipo de rocha matriz e do seu grau de intemperização. São típicos os casos de mineralogias
complexas em todas as suas frações granulométricas. Na fração areia pode ocorrer mineral
não estável ao intemperismo tropical (mica e feldspato) e na fração argila, minerais
expansivos da família da ilita e da montmorilonita. A fração silte também pode ter
constituição muito variada (argilosminerais, micas, quartzo, magnetita e ilmenita).
2.4.2 SOLOS LATERÍTICOS
Os solos lateríticos são geralmente resultantes da atuação de processos pedológicos,
em condições bem drenadas, clima úmido e tropical. Apresentam características
macroscópicas e constituição mineralógica peculiar e constituem a parte mais superficial do
perfil de solo das áreas bem drenadas (acima do lençol freático). Estes se destacam a partir da
uniformidade e coloração característica; podendo se apresentar nas cores, vermelha,
alaranjada ou amarela e raramente com outras cores.
A constituição mineralógica destes solos é caracterizada, principalmente, pela
presença de número reduzido de minerais resistentes ou estáveis ao intemperismo químico.
Sua fração argila é constituída de argilominerais da família da caulinita e óxidos hidratados de
ferro e/ou alumínio. Estes óxidos envolvem os argilominerais, resultando em uma micro-
estrutura porosa. A principal peculiaridade dos solos lateríticos, que os diferencia dos solos de
clima temperado, é a presença de uma cimentação natural causada pelos óxidos e hidróxidos
de ferro e alumínio.
Quanto à microestrutura apresentam-se constituídos por elementos predominantemente
muito pequenos (diâmetro inferior a 2 mícrons), no entanto, com a cimentação, a
granulometria resultante dos ensaios padronizados pode acusar elevada percentagem de grãos
maiores nas frações silte e areia. Isto é ocasionado pela presença de agregados. No entanto,
17
com freqüência estes agregados são poucos estáveis diante de agentes defloculadores como o
hexametafosfato de sódio e o ultra-som.
Dados as particularidades químicas, mineralógicas e estruturais dos solos lateríticos eles
são na engenharia rodoviária, considerados como aqueles que quando devidamente
compactados, ao perderem umidade, adquirem condição de baixa perda de resistência ou até
nenhuma perda, mesmo na presença de água. E ainda que em estado natural, quanto maior seu
grau de laterização, menor será a sua susceptibilidade a erosão (Godoy et al., 2000).
2.5 NOÇÕES DE SOLOS NÃO SATURADOS
Nos solos os vazios podem estar ocupados por ar e água. O ar encontra-se com pressão
(ua) diferente da pressão da água (uw), em virtude da tensão superficial da água nos meniscos
capilares que se formam no interior do solo, conforme mostra a Figura 2.5. A diferença de
pressão entre ar e água nos vazios do solo chama-se pressão de sucção.
Figura 2.5 - Associação entre os raios dos meniscos capilares com a pressão num solo não
saturado (modificado - Pinto, 2000).
Os solos não saturados ou parcialmente saturados são aqueles que possuem uma
parcela dos vazios ocupados por ar e água.
Segundo Richards (1928) citado por Lemos (1995) a existência de sucção em solos
não saturados é reconhecida como decorrente dos efeitos combinados da capilaridade
(predominantes em solos arenosos), de adsorção (predominantes em solos argilosos) e de
osmose (que tem igual importância tanto nos solos saturados como não saturados) e é devida
a presença de íons dissolvidos na água.
Raio do menisco
18
Tabela 2.1 - Propriedades esperadas dos grupos de solos do SUCS (modificado - Murrieta, 1994).
Grupo Compactação Compressibilidade e Expansão
Drenagem e Permeabilidade
Qualidade como Aterro
Qualidade como Subleito
Qualidade como Base
Grupos comparáveis
boa drenagem GW boa quase nenhuma permeável
muito estável excelente boa A - 3
boa drenagem GP boa quase nenhuma permeável
razoavelmente estável excelente a boa regular a ruim A - 1
drenagem ruim GM boa Pequena semipermeável
razoavelmente estável excelente a boa ruim a regular A - 3
drenagem ruim GC boa a regular Pequena semipermeável
razoavelmente estável boa boa regular A - 2
boa drenagem SW boa quase nenhuma permeável
muito estável boa ruim a regular A - 3
boa drenagem SP boa quase nenhuma permeável
razoavelmente estável se denso boa a regular ruim A - 1
drenagem ruim SM boa Pequena impermeável
razoavelmente estável se denso boa a regular ruim A - 3
drenagem ruim SC boa a regular pequena a média impermeável
razoavelmente estável boa a regular regular a ruim A - 2
drenagem ruim ML boa a ruim pequena a média impermeável
estabilidade regular regular a ruim não adequada A - 4
sem drenagem A - 6 CL boa a regular média impermeável
estabilidade boa regular a ruim não adequada A - 7
drenagem ruim A - 4 OL regular a ruim média a alta impermeável
não deve ser usado
ruim, não adequada não adequada
A - 7 drenagem ruim MH regular a ruim alta impermeável
estabilidade regular a ruim ruim não adequada A - 5
sem drenagem A - 6 CH regular a ruim muito alta impermeável
estabilidade regular
muito ruim a ruim não adequada
A - 7 sem drenagem A - 7 OH regular a ruim alta impermeável
não deve ser usado muito ruim não adequada
A - 8 drenagem regular Pt não adequada média
ruim não deve ser
usado não adequada não adequada A - 8
19
Tabela 2.2 - Propriedades e Utilização dos Grupos de Solos da MCT (Nogami e Villibor, 1995).
GRANULOMETRIAS TIPICAS Designações do T1-71 do DER-SP (equivalentes da Mississipi River Commission,USA) k=caolinítico m=micáceo s=sericítico q=quartzoso ar
gila
s si
ltes (
q,s)
arei
as si
ltosa
s
silte
s (k,
m)
silte
s are
noso
s
argi
las
argi
las
aren
osas
ar
gila
s silt
osas
si
ltes a
rgilo
sos
arei
as si
ltosa
s
arei
as
argi
losa
s
argi
las
argi
las
aren
osas
ar
gila
s silt
osas
si
ltes a
rgilo
sos
COMPORTAMENTO N=Não Laterítico L=Laterítico GRUPO MCT NA NA’ NS’ NG’ LA LA’ LG’
MINI-CBR (%) Sem imersão Perda por imersão
M, E B, M
E B
M, E E
E E
E B
E,EE B
E B
EXPANSÃO B B E M, E B B B
CONTRAÇÃO B B, M M M, E B B, M M, E
COEF. DE PERMEABILIDADE (k) M, E B B, M B, M B, M B B
COEFICIENTE DE SORÇÃO (s) E B, M E M, E B B B
Prop
rieda
des
Corpos de prova compactados na massa específica aparente seca máxima de energia normal EE=Muito Elevado (a) E=Elevado (a) M=Medio (a) B=Baixo (a)
Base de pavimento n 4° n n 2° 1° 3° Reforço do subleito compactado 4° 5° n n 2° 1° 3° Subleito compactado 4° 5° 7° 6° 2° 1° 3° Aterro (corpo) compactado 4° 5° 6° 7° 2° 1° 3° Proteção à erosão n 3° n n n 2° 1°
Util
izaç
ão
Revestimento primário 5° 3° n n 4° 1° 2°
n = não recomendado USCS
SP SM
MS SC ML
SM,CL ML,MH
MH CH
SP SC SC
MH ML CH Grupos tradicionais obtidos de amostras que
se classificam nos grupos MCT discriminados nos topos das colunas
AASHO
A-2 A-2 A-4 A-7
A-4 A-5 A-7-5
A-6 A-7-5 A-7-5
A-2 A-2 A-4
A-6 A-7-5
20
Tabela 2.3 - Propriedades Típicas dos Grupos de Solos (DNER-CLA 259/1996).
Classes N - solos de comportamento não laterítico L - solos de comportamento latrítico NA NA' NS' NG' LA LA' LG'
Grupos Areias Arenosos Siltosos Argilosos Areias Arenosos Argilosos Areias Areias siltosas Siltes (k,m) Argilas Areias siltosas Areias Siltes
arenosos Argilas arenosas
Areias argilosas Argilas Granulometrias Típicas
(minerais)* siltes (q) Argilosas Argilosos Argilas
siltosas
Areias com pouca argila Argilas
arenosas Argilas arenosas
muito alto > 30 alto 12 - 30 médio 4 - 12
Mini-CBR sem embebição(%)
baixo < 4
alta a média alta média a alta alta alta alta a muito alta alta
alto > 70 média 40 -70
Cap
acid
ade
de
supo
rte**
Perda de Suporte por Embebição (%) baixa < 40
média a baixa baixa alta alta baixa baixa baixa
Expansão (%)** alta > 3 baixa baixa alta alta a média baixa baixa baixa
média 0,5 - 3 Contração (%)**
baixa < 0,5 baixa a média baixa a média média alta a
média baixa baixa a média média a alta
alta > (-3) média (-3) a (-6) Permeabilidade (k)
logk (cm/s) baixa < (-6)
média a alta baixa média a baixa
baixa a média
média a baixa baixa Baixa
LL(%) e IP(%) Alta > 70 e > 30 Média 30 - 70 e 7 - 30
Plas
ticid
ade
Baixa <30 e < 7
NP a baixa NP a média alta a média alta baixa a NP média a baixa alta a média
* q(quartzo), m(micas) e k(caulinitas) ** corpos-de-prova compactados na umidade ótima, energia normal e com sobrecarga padrão.
21
Tabela 2.4 - Correlações entre os horizontes da proposição de Cardoso (2002) e as diferentes
classificações de perfis lateríticos (Cardoso, 2002).
Maiores Subdivisões
Nova Proposta Martins (2000) Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (1999) Pastore
(1995)
Horizonte O Horizonte O Solo Horizonte A Horizonte A orgânico Solum
Horizonte B
Horizonte B Horizonte
laterítico Pedólito Cascalho
laterítico
Cascalho
laterítico
Horizonte B com caráter petroplíntico
(0 a 30
m)
Couraça
ferruginosa Couraça
ferruginosa
Horizonte B
Carapaça Carapaça litoplíntico ou similar a litoplíntico
? ? ?
Zona
Mosqueada
Zona
Mosqueada
Horizontes C plíntico ou similar a plíntico, ou glei com mosqueamentos ou similar a
glei com mosqueamentos
Saprólito fino
ou argiloso
Saprólito fino
ou argiloso
Horizonte C glei sem mosqueamentos ou similar a
glei sem mosqueamentos Solo
saprolítico
Saprólito
(0 a 100
m)
Saprólito ou
saprólito
grosso
Saprólito
grosso
Horizonte C Saprólito
Rocha muito
alterada
ou arenoso Rocha
muito
alterada
Rocha alterada Saprock Horizonte R Rocha
alterada
Protólito Rocha sã Rocha-mãe Rocha sã
22
Nos solos parcialmente saturados, os volumes ocupados pelo ar e pela água podem ser
encontrados num dos seguintes arranjos:
a) Bolhas totalmente envolvidas pela água e pelas partículas sólidas. São bolhas oclusas
que não se comunicam. Isto ocorre quando o grau de saturação é elevado (Sr ≥ 85%),
sendo esta a razão pela qual a curva de compactação passa a decrescer;
b) O ar todo intercomunicado, assim como a água, forma canais que se entrelaçam no
espaço intersticial do solo;
c) O ar todo interconectado e a água se concentram nos contatos entre partículas e
molham-nas com fina camada de água adsorvida. Isto ocorre quando o grau de
saturação é muito baixo.
2.6 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
Os solos argilosos são considerados na Engenharia Rodoviária como materiais
problemáticos, tanto no que concerne a trabalhabilidade quanto ao comportamento. Isto
ocorre devido as suas características de expansão, contração e plasticidade, que se apresentam
freqüentemente elevadas, além de sua grande sensibilidade às variações de umidade. A
estabilização destes materiais possibilita utilizar solos locais, dispensando assim, os custos
provenientes de distâncias de transporte elevadas.
Vogt (1967) citado por Balbo (1996), define estabilização de um solo como“uma
modificação de suas propriedades geotécnicas por adição de outro material, (seja ele
composto por um ligante ou fração granulométrica) que deverá ser intimamente incorporado
ao solo, e uma subseqüente compactação da mistura”. Tal definição é bastante apropriada na
medida em que se considera dois aspectos: a presença de um ligante ou correção
granulométrica e a necessidade de compactação da mistura. Esta dissertação enfoca apenas a
estabilização química do solo.
O domínio das técnicas de estabilização pode conduzir a sensíveis reduções nos
tempos de execução de obras, viabilizando a industrialização do processo construtivo, e
conseqüentemente propiciando uma economia substancial para o empreendimento.
As soluções para a estabilização química de solos para fins rodoviários são bastante
discutidas na literatura. Têm-se estabelecidos princípios teóricos que procuram explicar os
respectivos mecanismos de atuação dos agentes estabilizantes. Inicialmente passa-se pelo
processo de identificação das características dos solos, de forma a se considerar a
adequabilidade e eficiência de cada proposta de estabilização, conjuntamente com a questão
23
econômica. A análise do comportamento dos solos tropicais estabilizados requer no entanto,
uma análise mais detalhada dos aspectos químicos e mineralógicos e a consideração do efeito
da sucção no comportamento da mistura. É necessário compreender os mecanismos de reação
nos solos tropicais para que se entenda o seu comportamento.
2.6.1 ESTABILIZAÇÃO SOLO – CAL
A estabilização solo-cal em estradas pode ter vários objetivos, tais como: modificar o
solo pela cal, com vistas a acelerar o processo construtivo; melhoria do subleito; melhoria da
resistência e durabilidade dos solos de graduação fina, para aplicação em camadas de
pavimentos rodoviários (Bueno et al., 1995).
No emprego das misturas solo-cal considera-se, de modo geral, os solos de
granulometria fina, onde a cal possa ser utilizada como um agente estabilizador. A ação da cal
nestes solos está ligada a fenômenos de trocas catiônicas, responsáveis por efeitos de
floculação, e das reações pozolânicas, responsáveis pelos efeitos de cimentação (Lima et al.,
1995). É de consenso comum para os pesquisadores, entre eles Guimarães (1971), Castro et
al., (1972), Queiroz (1988), Pinto (1985), Cavalieri (1998) que a troca catiônica provoca, em
geral, mudanças na plasticidade do solo e pode dar origem, também, a pequenos aumentos na
resistência mecânica das misturas solo-cal, enquanto que as reações pozolânicas, quando
ocorrem resultam em consideráveis ganhos de resistência mecânica.
Rezende (2003), ao analisar o comportamento de dois solos tropicais finos do Distrito
Federal, concluiu serem as análises químicas, mineralógicas e estruturais fundamentais para
se entender o comportamento desses solos.
Segundo Eades, Nichols e Grim (1962), Diamond e Kinter (1965), ambos citados por
Guimarães (1971), Queiroz (1988) e Nóbrega (1988), as alterações hídricas e mecânicas
promovidas pela cal no solo resultam dos seguintes tipos de reação da cal em ocasiões
distintas: troca catiônica, ação pozolânica e carbonatação.
A Troca Iônica reflete uma ação imediata, que promove após alguns instantes de
contato da cal com o solo, mudanças nas propriedades físicas da mistura. A literatura
geralmente considera que são alterados:
- a granulometria, pela floculação das partículas originais. Isto se traduz por deslocamento da
curva para o lado grosseiro;
- os limites de Atterberg, cuja alteração mais notável se relaciona ao limite de plasticidade,
que normalmente aumenta;
24
- na compactação, quando se considera uma mesma energia, ocorre diminuição do valor da
densidade máxima seca e aumento do valor da umidade ótima;
- a expansão e contração, que sofrem uma redução de valores, ou seja, uma menor variação
volumétrica;
- acréscimo na capacidade de suporte.
Rezende (2003) mostrou ao estudar dois solos finos do Distrito Federal que a
floculação ou defloculação de um solo tropical por adição de cal depende de sua composição
química, sendo as propriedades e comportamento do solo estabilizado por ela afetados.
Segundo Fossberg & Greg (1963) citado por Guimarães (2002), o fenômeno das trocas
das bases ocorre com os argilominerais. Essa reação leva à floculação das partículas argilosas,
causando o aumento no ângulo de atrito da massa de solo.
São consideradas como origem do fenômeno de “capacidade de troca catiônica”: a
ruptura das ligações iônicas nas arestas das unidades estruturais sílica-alumina, liberando
cargas não compensadas; a substituição no interior da estrutura molecular do cátion alumínio
(trivalente) dos tetraedros por silício (tetravalente) ou do alumínio (trivalente) dos octaedros
por íons de valência menor, particularmente o magnésio; a substituição do hidrogênio das
hidroxilas externas por cátion permutável.
Na caulinita e haloisita os cátions trocáveis são geralmente resultantes da quebra das
unidades estruturais, o que rompe o equilíbrio original. Na montmorilonita e na vermiculita os
cátions trocáveis, na maioria das vezes situam-se nas superfícies basais, ocorrendo à
substituição dos íons alumínio ou silício do interior das estruturas.
É importante ressaltar ainda que, a quantidade de cátions trocáveis varia com o tipo de
mineral argiloso, com a granulometria, com as concentrações, com a posição estrutural e
natureza dos cátions, com a espécie de ânion ao qual se acham ligados os cátions nas soluções
percolantes e com a temperatura.
A Ação Pozolânica ocorre em longo prazo, está fundamentada no caráter pozolânico
dos materiais estabilizados. Segundo Nóbrega et al.,(1988), um material com características
pozolânicas é aquele que em combinação com a cal e em presença da água, sob condições de
temperatura ambiente, produz compostos estáveis com propriedades ligantes.
De acordo com Eades e Grim (1962) citado por Guimarães (2002), a reação
pozolânica é lenta e só se completa alguns anos depois, requer temperatura acima de 21ºC e o
mínimo de algumas semanas para sua ocorrência. Em temperaturas maiores, a reação pode ser
acelerada, ocasionando um possível ataque da sílica (quartzo) granular presente no solo. Além
da temperatura, do grau de cristalinidade dos minerais e do teor de água existente no sistema,
25
o tipo de argila, as condições climáticas e a compactação imediata aparecem como fatores que
influenciam no quimismo cal/solo.
A Carbonatação de origem diferente das anteriores, também é de ação imediata. É a
combinação do óxido ou hidróxido de cálcio ou magnésio com o anidrido carbônico presente
nas minúsculas bolhas de ar absorvidas e retiradas por ocasião da realização da mistura ou
pela penetração do ar nos poros após a execução do sol-cal. A reação tende a refazer o
carbonato original, visto que a decomposição pelo calor, é uma reação reversível.Tem-se
então:
CO3Ca + Qcalor ⇔ CaO + CO2 ou CO3Mg + Qcalor ⇔ MgO + CO2
Desse fato resulta a ação cimentante da cal, pois ela faz aparecer um novo corpo sólido
que se entrelaça com os demais do solo e compacta o sistema. Com o aparecimento do
carbonato, “que é um cimento fraco” surgem grãos de dimensões bem maiores, em face da
diferença das estruturas cristalinas unitárias entre a do carbonato e a do primitivo hidróxido de
cálcio. Esta reação complementa as ações da troca iônica e da ação pozolânica.
A estabilização com a cal tem um caráter químico, por isso o conhecimento da
natureza da fração argila passa a ter uma grande importância. Esses constituintes são
responsáveis por vários aspectos do comportamento hídrico-mecânico do solo (plasticidade,
expansão, contração, etc) e pela reatividade com o agente estabilizador. Não há um perfeito e
completo conhecimento sobre as modificações provocads pela adição de cal no solo argiloso
tropical brasileiro. Faltam estudos e pesquisas específicas de petrografia, de análise térmica
diferencial, de microscopia eletrônica de varredura, de difratometria de raios-X e análises
químicas e físicas, do solo natural e tratado.
É importante se destacar que há um consenso entre os pesquisadores ao afirmarem
que, de um modo geral, a cal afeta favoravelmente certas propriedades dos solos com
presença de argilas, o que se reflete em variações de certas características físicas. São elas:
a) Granulometria: a principal conseqüência da adição de cal ao solo de natureza físico-
química é a aglomeração e floculação por troca iônica, processada nas finíssimas partículas de
argilas reativas, produzindo um solo mais grosseiro, mais permeável e mais friável. Em geral,
a influência da cal na granulometria é tanto maior quanto mais fino e argiloso é o solo
inicialmente, pois mais destacada é a alteração textural com a agregação e floculação das
partículas.
b) Alteração nos Limites de Atterberg: a cal quando misturada ao solo modifica o seu
estado de plasticidade, variando o limite de plasticidade para alguns minerais argilosos (caso
das haloisitas e montmorilonitas), devido à composição do cátion trocável, a presença de
26
outros minerais não argilosos, às variações relativas à estrutura e à composição no interior das
estruturas argilosas. Portanto, as montmorilonitas contendo sódio e cálcio, mostram índices
conforme a abundância desses íons.
Nos minerais compostos de argilas, (excluindo-se a montmorilonita), outros fatores,
tais como a presença de minerais não argilosos, ocasionam maiores variações nos limites de
plasticidade do que a composição dos cátions trocáveis. Cita-se por exemplo que, a adição de
cal, em argilas com ou sem cátions trocáveis, aumenta o índice de plasticidade, tornando o
solo portador de minerais sujeitos às variações do limite de plasticidade.
Quanto ao limite de liquidez dos solos de mesma fração argilosa pode este variar entre
largos limites. Em escala decrescente de wL, Grim (1966) alinha os minerais argilosos na
seguinte ordem: montmorilonita (sódica ou lítica), atapulgita, montmorilonita (cálcica ou
potássica), ilita, caulinita (com cristalização incipiente ou fraca), haloisita 4H2O, haloisita
2H2O e caulinita bem cristalizada. Tal como o limite de plasticidade, a adição de cal ao solo
eleva o limite de liquidez.
O índice de plasticidade é decorrente das mudanças anteriormente citadas. Também
varia entre largos limites. Grim (1966) coloca as argilas na seguinte ordem decrescente em
relação ao índice de plasticidade: montmorilonita, atapulgita, ilita, caulinita (incipiente ou
fracamente cristalizada), haloisita 2H2O, caulinita bem cristalizada e haloisita 4H2O. A adição
de cal aos solos argilosos faz decrescer o grau de plasticidade do solo, reduzindo portanto os
defeitos para construção que os solos argilosos apresentam.
c) Alterações nas mudanças de volume: significativa conseqüência da adição da cal
aos solos é a redução brusca das suas propriedades de expansão. As argilas transmitem ao
volume dos solos uma importante instabilidade nos ciclos climáticos, das chuvas e das secas,
o que atinge toda a espessura de suas camadas, devido a facilidade com que a água se
movimenta nos poros do solo, pela força da gravidade e da capilaridade. Mielenz e King
(1955) citado por Guimarães (1971), comentam que a expansão é determinada por vários
fatores, dos quais se destacam a percentagem de argila presente, seus íons trocáveis, teor de
eletrólito da fase líquida, a dispersão granulométrica dos grãos do solo, a distribuição e
tamanho dos poros, a estrutura interna do solo, a quantidade de água circulante e a carga
estática ou variável existente sobre o solo. Ainda segundo estes autores a expressão da
expansão, dos vários tipos de argila obedecem à seguinte ordem decrescente, apesar de
existirem, é certo, outros argilosminerais expansivos, como é o caso da vermiculita e da
clorita expansivas: montmorilonita, ilita, haloisita e caulinita. Esta ordem se apresenta como
função de dois mecanismos: o alargamento dos filmes capilares intercristais e a expansão da
27
estrutura mineral. A contração com a secagem do solo pode reduzir de modo significativo os
vazios do solo, diminuindo a percolação da água livre. O menor diâmetro dos canalículos
gera, no entanto, um maior avanço de frentes capilares de umedecimento. Nos solos tropicais
intemperizados, tanto a escassez de argilosminerais expansivos como a estrutura cimentada
por óxidos ou hidróxidos de ferro e alumínio limitam o fenômeno de expansão e retração.
Segundo Guimarães (1971), a cal tende pela floculação das partículas, a reduzir as
mudanças de volume apresentadas pelos solos. De outro lado,a cal tem maior influência nos
solos que apresentam mudanças rápidas de volume de água. Destaca-se ainda que, conforme
mostrado por Rezende (2003), a cal pode atuar desagregando alguns solos tropicais.
d) Alteração na Acidez do Solo: quando a água circula pelos espaços intersuperficiais
das partículas das misturas solo-cal, esta se enriquece gradualmente dos íons aí presentes,
redistribuindo-os e, devido à adsorção, permanece retida, envolvendo as partículas minerais.
No complexo água-colóide-mineral do solo podem existir adsorvidos diferentes
quantidades de cátions, isto é, H+, Ca2+, Mg2+, K+,Na+,entre outros. A soma total desses
cátions adsorvidos pode atingir o máximo permitido pela capacidade de troca de cátions.
Quanto maior a quantidade de bases presentes, menor é a quantidade de hidrogênio adsorvido
pelos colóides do solo. Qualquer que seja a reação inicial do solo, processando-se a circulação
de água, há a uma tendência natural a acidificações, visto que as bases, geralmente mais
solúveis, são removidas e o hidrogênio toma seus lugares nas estruturas cristalinas ou nas
micelas de natureza coloidal. Quanto mais úmido e quente o clima, mais rápido é o processo
de acidificação natural do solo. O cátion Ca2+ ou Mg2+, que se encontra normalmente nos
solos, nesse tipo de clima tende a ser substituído rapidamente pelo íon H+ proveniente do
ácido carbônico que é extremamente ativo e resultante da dissolução do CO2 atmosférico
pelas águas de chuvas e pelas que circulam na superfície, encaminhadas ao solo por
infiltração. Inversamente, quando se incorpora cal ao solo é permitida a substituição do H+
pelos cátions Ca2+ ou Mg2+, modificando-se gradativamente o pH de ácido para alcalino e,
portanto, seus comportamentos físicos, físico-químicos e químicos.(Guimarães, 1971). Nos
solos tropcais ocorre ainda, conforme mostrado por Rezende (2003), a substituição do cátion
Al3+.
e) Alteração na Resistência: Guimarães (1971) cita como principais fatores que afetam
a resistência da mistura sol-cal: o teor de cal, o tipo de solo, a densidade, o tempo de cura e a
qualidade da cal. Boynton (1966), Dantas (1970) e Pinto (1964), citados por Guimarães
(2002) mostram a melhoria das resistências dos solos com as adições de cal qualquer que seja
o método utilizado para as avaliações. Pinto (1980) afirma que a resistência, de maneira geral,
28
cresce com a percentagem de cal, havendo uma tendência deste ser pequeno após certo teor
do aditivo, entretanto tal fato depende do tempo de cura.
f) Densidade e Umidade Ótima: a compactação da mistura solo-cal produz em geral,
devido a atuação da cal na textura do solo, uma resultante de peso específico aparente
diferente do correspondente ao solo natural. Segundo Dawson (1956) citado por Gumarães
(1971) a cal tende a afofar o solo, e por isso, reduzir a densidade a seco e o teor ótimo de
umidade, resultando para condições idênticas de compactação essa diminuição alcançar
valores de até 5%. Rezende (2003) mostra no entanto que tal redução nem sempre ocorre.
Experimentos realizados na Universidade de Iowa (USA), demonstraram que a
resistência aumenta à medida que a densidade diminui na mistura solo-cal, porque há
formação de novos compostos que tem propriedades físicas e químicas inteiramente diferentes
das originais, proporcionando maior resistência que o solo não tratado, ainda que este se
encontre mais densificado (Guimarães, 1971).
g) Tempo de Cura , Umidade e Coesão: diversos autores afirmam que a resistência da
mistura solo-cal aumenta com o tempo, por forças das reações químicas e físico-químicas. Em
geral, a resistência do solo estabilizado aumenta rapidamente no período inicial, no entanto, à
medida que a cura progride, a velocidade de aumento torna-se cada vez menor. Este
acréscimo lento é resultante das reações pozolânicas, que fazem com que, a resistência
aumente, mesmo após alguns anos de idade. Vale ressaltar que, no campo e no laboratório, a
resistência alcançada é, também, função das condições de umidade e de temperatura.
Em relação à durabilidade da mistura solo-cal, comumente esta é função da duração do
tempo de cura, ou seja, a durabilidade cresce com o tempo de cura, sem as perturbações do
tráfego e rolamento (Guimarães, 1971).
h) Retenção de Água: Castro (1969), citado por Guimarães (1971) estudou o efeito da
cal nas propriedades de retenção de água nos solos, a partir da análise das curvas de sucção e
observou que a variação da capacidade de retenção de água devido à adição de cal,
aparentemente encontra-se relacionado à natureza da fração argilosa. Ainda verificou que as
amostras com alta percentagem de caulinita mostraram apreciável aumento da capacidade de
retenção de água, enquanto que amostras com predominância de ilita, apresentaram
diminuição nesta capacidade. Em relação a solos com predominância de argila
montmorilonita, a cal cálcica fez diminuir a capacidade de retenção de água, enquanto que
para a cal dolomítica não se observou nenhuma influência em termos de capacidade de
retenção de água. Também, em amostras com a presença de mais de um tipo de argilomineral,
29
possivelmente devido ao equilíbrio de tendências contrárias, não ocorreu efeito significativo
devido à adição da cal ao solo.
Conforme Boyntn (1970), citado por Guimarães (1971), as camadas estabilizadas com
cal formam barreira resistente à água, uma vez que impedem a penetração da água, quer por
gravidade (de cima para baixo) quer por capilaridade (de baixo para cima). Sendo assim, após
o endurecimento da camada tratada com a cal, não ocorre perda de integridade ou
amolecimento.
i) Compactação: Mitchele & Hooper (1961), Andrews (1967) e Dantas (1970), ambos
citados por Guimarães (1971), mostraram que igual compactação imediatamente e 24 horas
após a mistura ocorreu diminuição da densidade e da resistência.
No entanto, não há consenso entre os pesquisadores, quanto à cura e compactação,
principalmente em relação à ordem de realização destas. Segundo Chauvel et al.,(1980) e
Pinto (1965) deveria ocorrer um período de cura antes da compactação, recomendando ou não
uma pré-compactação leve durante esse tempo. Todavia, Mateos e Davidson (1963) e Lê
Roux (1969), ambos citados por Chauvel et al.,(1980), fazem restrições a essa prática,
indicando que a cura deveria se processar no material já compactado. A partir de estudos das
características da compactação solo-cal e da influência dos fatores que interferem na mesma
(o teor de umidade, a temperatura, a energia de compactação, o efeito do tempo de espera
entre a mistura e a compactação), Mateos e Davidson (1963) citados por Chauvel et al.,
(1980), concluíram que a compactação deve ser feita logo após a mistura para que não ocorra
perda nos valores de resistência, devido a carbonatação.
Guimarães (1971) acrescenta que a eficiência da cal como estabilizador de solo
depende da intensidade das reações relacionadas com a mineralogia do solo, do método de
construção e da qualidade da cal utilizada.
2.6.2 ESTABILIZAÇÃO SOLO - CIMENTO
A estabilização do solo com cimento, é obtida da mistura íntima de solo, cimento e
água em proporções definidas de acordo com a dosagem escolhida. A mistura é compactada
de maneira a atingir a massa específica pré-fixada.
Em termos de utilização do solo-cimento ao longo da história, pode-se citar como
pioneiro o engenheiro inglês H. E. Brook-Bradley (1891), que segundo a Portland Cement
Association (1960), foi o precursor desta mistura, ao utilizá-la no tratamento de leitos de
estradas e pistas para veículos de tração animal, no sul da Inglaterra.
30
Atualmente, a utilização mais difundida do solo cimento é no campo da pavimentação,
sendo ela observada em diversos países.
A qualidade da mistura final depende de muitos fatores, dentre os quais alguns estão
diretamente relacionados ao solo, tais como: percentagem de cimento a ser utilizada,
quantidade de água a ser adicionada e massa específica a ser alcançada na compactação. Cita-
se como exemplo, os solos orgânicos que exibem diferentes comportamentos quando
utilizados para a mistura solo-cimento. Observa-se que quando a matéria orgânica é
constituída apenas por celulose, o solo poderá ser empregado com êxito na mistura solo
cimento, porém, na presença de húmus, mesmo em baixas porcentagens, este reagirá
quimicamente com o CaO do cimento, o que resultará na necessidade de maiores teores de
cimento para se ter resultados idênticos aos obtidos na ausência deste elemento, uma vez que,
o excesso de cimento terá por função a neutralização do efeito negativo do húmus.
A escolha do tipo de solo a ser utilizado na mistura solo-cimento não se refere
diretamente a uma característica específica do solo, pois qualquer solo endurece
satisfatoriamente quando misturado com cimento e devidamente compactado. A questão é
determinar quais os solos economicamente empregáveis na execução do solo-cimento, o que
conduziria a duas restrições, uma vez que existem solos que necessitam de elevados teores de
cimento, enquanto outros tornariam as operações de execução em grande escala bastante
difíceis. Quanto ao primeiro problema,este poderia ser resolvido pela a adição de elementos
corretivos, e o segundo, com a alteração da capacidade do equipamento utilizado.
Lilley (1971) e Kézdi (1979) citado por Balbo (1996) relataram que a reação de
hidratação do cimento, dentro dos vazios dos solos finos, gera a formação de um esqueleto,
onde as partículas de solo ficam envolvidas pela pasta de tal forma a criar uma matriz que fixa
as partículas não aderidas. A formação desse esqueleto é de fundamental importância na
minimização da sensibilidade às mudanças de umidade, que podem gerar esforços de tração e
compressão significativos no interior da massa de solo, e ainda, determinar o incremento de
resistência da mistura.
Pitta (1980), afirma que na estabilização com cimento é de grande importância: o tipo
de solo, o teor de cimento, as condições de densificação (teor de umidade da mistura na
ocasião da compactação e o grau de compactação), o grau de homogeneidade da mistura e as
condições de cura.
31
2.6.3 ESTABILIZAÇÃO SOLO–EMULSÃO
Torna-se necessário diferenciar os solos quanto a granulometria, no processo de
estabilização com betume, no sentido de estabelecer o mecanismo de atuação do mesmo.
Silva (1968), citado por Alcântara et al. (1995), considera que para os solos de granulometria
fina, que possuem coesão natural, o aditivo tem a função de agente impermeabilizante, de
forma a manter as propriedades de interesse à obra de engenharia obtida com a compactação,
enquanto que nos solos de textura arenosa, o aditivo tem a função de promover a cimentação
entre as partículas do solo.
O processo de estabilização dos solos com betume deve-se ao revestimento das
partículas do solo e a obturação dos seus vazios pela atuação do ligante betuminoso. Para este
tipo de estabilização em solo de granulometria fina, recomenda-se uma variação no teor de
finos do solo na faixa de 10% a 50%, limite de liquidez e limite de plasticidade inferiores a
40% e 10%, respectivamente. Silva (1968) refere-se a três modalidades de estabilização
comumente empregadas:
a) Areia-Betume: trata-se da estabilização mais difundida, devido à facilidade com que
se pode controlar a qualidade da mistura. Esta podendo ser competitiva em comparação a
outros processos de estabilização química. Como características do processo, observa-se que o
material que passa na peneira nº 200 deve estar na faixa de 5 a 12%, o índice de plasticidade
seja inferior a 10%, desta forma, tenta-se gerar com o betume forças de natureza coesiva no
solo.
b) Solo-Betume: apresenta a função de agrupamento das misturas dos materiais
betuminosos, solos argilo-siltosos e argilo-arenosos. Trata-se de uma ação impermeabilizante,
realizada para prevenção de possível ascensão capilar da água, bem como pela criação de
películas hidrorrepelentes que, envolvendo as partículas do solo impedem o acesso da água
exterior na mistura, ou seja, tenta-se garantir a constância do teor de umidade da mistura após
a compactação.
c) Pedregulho-Betume: o objetivo dessa estabilização é gerar um efeito coesivo entre
as partículas grossas, sem interferência na coesão natural existente na fração fina do solo.
Como características tem-se que o material que passa na peneira nº 200 deve ser inferior a
12% e o índice de plasticidade, inferior a 10%.
Momm (1983) cita que a adição de betume ao solo pode afetar as suas propriedades
em duas direções: seja propiciando a impermeabilização do solo e/ou aumentando a sua
32
coesão interna. Estas propriedades, principalmente a impermeabilização, se apresentam
relevantes em regiões úmidas.
Segundo Lucena et al., (1983) a adição de até 2% de emulsão funciona como
aglutinante e lubrificante entre os grãos do solo. Bezerra et al., (1983) verificou que, para os
teores subseqüentes, a emulsão passa a agir apenas como lubrificante, uma vez que a fase
líquida da emulsão é aumentada pela água e solvente contidos na emulsão, tornando a mistura
demasiadamente plástica e pouco resistente. Observou-se ainda que o aumento progressivo do
teor de emulsão no solo, influencia na massa específica aparente seca, gerando um acréscimo
da mesma até um ponto de máximo, de onde começa a decrescer na proporção em que se dá a
incorporação da emulsão.
Yoder (1975), citado por Momn (1983), comprovou que a estabilização de solo com
betume é satisfatória para solos granulares, solos granulares finos, areias e cascalhos; quando
enquadrados nas faixas constantes na Tabela 2.5.
Tabela 2.5 - Qualidades dos solos para estabilização com emulsão (Momm, 1983).
Material Valores adequados estabilização Tipos de betume % média de betume
granulares
finos
wL max. = 40%
IP máx. = 18%
emulsões
RM e RL 4-8
solo
arenoso
máx. passante na # 200 = 25%
IP máx. = 12%
CAP : 85-100 e 120-150
emulsões e CR
4 - 10
4 - 10
saibros e
cascalhos
máx. passante na # 200 = 15%
IP máx. = 12%
CR
CAP
2 - 6
2 - 6
2.6.4 ESTABILIZAÇÃO GRANULOMÉTRICA
A estabilização granulométrica consiste na correção da granulometria e da
plasticidade, pela adição de quantidades de frações granulométricas ao solo. Segundo DNER-
ES303/97, os materiais constituintes são solos, misturas de solos, escória, misturas de solos e
materiais britados ou produtos provenientes de britagem. Deverão possuir composição
granulométrica satisfazendo a uma das faixas da Tabela 2.6, de acordo com o nº N de tráfego
do DNER.
33
Tabela 2.6 - Faixas de Composição Granulométrica (DNER-ES 303/97)
Tipo Para N > 5x106 Para N < 5x106 A B C D E F Peneiras
% em peso passando
Tolerâncias da faixa de
projeto
2" 100 100 ± 7 1" 75-90 100 100 100 100 ± 7
3/8" 30-65 40-75 50-85 60-100 ± 7 nº 4 25-55 30-60 35-65 50-85 55-100 10-100 ± 5 nº 10 15-40 20-45 25-50 40-70 40-100 55-100 ± 5 nº 40 8-20 15-30 15-30 25-45 20-50 30-70 ± 2 nº 200 2-8 5-15 5-15 10-25 6-20 8-25 ± 2
E ainda, satisfazendo as seguintes condições:
- a fração que passa na peneira nº 40 deverá apresentar wL ≤ 25% e IP ≤ 6%; quando esses
limites forem ultrapassados, o equivalente de areia deverá ser maior que 30%;
- a percentagem do material que passa na peneira nº 200 não deve ultrapassar 2/3 da
percentagem que passa na peneira nº 40.
34
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 INTRODUÇÃO
Este capítulo contém as características dos materiais estudados e os ensaios realizados,
juntamente com os respectivos procedimentos e os equipamentos utilizados para a execução
dos mesmos.
3.2 DESCRIÇÃO DOS MATERIAIS
3.2.1 SOLOS E AREIAS
Os solos utilizados são provenientes de 5 jazidas, localizadas na região Amazônica e
situados no município de Coari, conforme mostra a Figura 3.1. Foram coletados solos de 4
furos de sondagem em cada uma das jazidas, sendo as amostras inicialmente separadas de
0,5m a 0,5m até a profundidade de 2,5m; profundidade esta limite de exploração das jazida na
região.
A estimativa dos volumes e a utilização dos solos de cada uma das jazidas estudadas
encontram-se na Tabela 3.1 e foram definidas pela a Empresa de Consultoria Maia Melo Ltda.
Tabela 3.1 - Características gerais das jazidas estudadas (fonte – Maia Melo Ltda).
Jazidas Área(m2) Espessura Utilização Utilizável Expurgo média explorável (m) do solo
J -1 11.250 19.136 9.563 1,90 base com misturaJ -2 9.000 12.150 1.800 1,50 base com misturaJ -3 22.500 33.210 4.500 1,64 base com misturaJ -4 15.300 27.678 3.060 1,64 base com misturaJ -5 21.600 43.898 4.320 1,70 base com mistura
Volumes de solos(m3)
Foram utilizados dois tipos de areia, ambos oriundos da região de estudo. A areia fina
proveniente do Rio Urucu e a areia grossa do Rio Solimões. A massa específica real dos grãos
das areias fina grossa e são, respectivamente, 2824 kg/m3 e 2650 kg/m3. As granulometrias
das areias estão apresentadas nas Figuras 3.2 e 3.3.
35
Figura 3.1 - Localização das jazidas estudadas.
Legenda: Estradas pavimentadas Estradas não
pavimentadas Córregos
36
As areias dos rios Urucu e Solimões apresentam coeficientes de não uniformidade ou
de desuniformidade (Cd) iguais a 2 e 1,62 e coeficientes de curvatura (Cc) iguais a 1,79 e
0,74, respectivamente.
Os coeficientes de desuniformidade (Cd) e curvatura (Cc) são determinados pelas
Equações 3.1 e 3.2:
10
60
D
DCd = (3.1)
6010
230 )(DD
DCc⋅
= (3.2)
Onde D10, D30 e D60 referem-se respectivamente, aos diâmetros abaixo dos quais se
situam 10%, 30% e 60% em peso das partículas . O D10, também é referido como o diâmetro
efetivo e indica também a finura do solo. Para as areias dos rios Urucu e Solimões os
diâmetros efetivos obtidos foram de 0,19mm e 0,42mm, respectivamente, confirmando assim
a maior finura da areia de Urucu.
0102030405060708090
100
0,001 0,01 0,1 1diâmetro das partículas (mm)
% q
ue p
assa
S.U.C.U.
Figura 3.2 - Granulometria da areia fina do Rio Urucu.
37
0102030405060708090
100
0,01 0,1 1 10diâmetro das partículas (mm)
% q
ue p
assa
S.U.C.U.
Figura 3.3 - Granulometria da areia grossa do Rio Solimões.
3.2.2 CAL
A cal utilizada é do tipo calcítica hidratada (CH-I). A massa específica determinado
em ensaio de laboratório foi de 2264 kg/m3, os componentes principais fornecidos pelo
fabricante estão apresentadas na Tabela 3.2 e a granulometria obtida na Figura 3.4.
Segundo Armando et al., (1980), a cal dolomítica possui natureza mais complexa, gera
resultados mais difíceis de serem interpretados e por vezes diferentes do que a cal calcítica.
Nóbrega (1980) estudou dois solos originários da mesma rocha matriz, com a mesma
classificação geotécnica, cor, textura e mineralogia e apresentaram comportamento
diferenciado quando em presença de água e das cales calcíticas (não ocorreu dispersão em
ambos) e dolomíticas (tendências a dispersão em um e dispersão nula no outro).
Tabela 3.2 - Características da cal utilizada nas misturas solo-cal (fonte: Petrobrás)
Fórmula químicaEstado físico
SIO2 Sólido pó
Ca(OH)2 Sólido pó
Mg(OH)2 Sólido pó
2,50%60,08 g/gmol
ConcentraçãoMassa -molar
2,00%58,08g/gmol
90%74,10g/gmol
Componentes principais
Hidróxido de cálcio
Silica Hidróxido de
magnésio
38
0102030405060708090
100
0,0001 0,001 0,01 0,1 1diâmetro das partículas (mm)
% q
ue p
assa
S. U.C.U
Figura 3.4 - Granulometria da cal.
3.2.3 CIMENTO
O cimento utilizado na pesquisa é da marca Nassau, cimento CP-F-32. A massa
específica é 3076 kg/m3 (fornecida pelo fabricante) e a granulometria está apresentada na
Figura 3.5.
0102030405060708090
100
0,0001 0,001 0,01 0,1 1diâmetro das partículas(mm)
% q
ue p
assa
S.U.C.U.
Figura 3.5 - Granulometria do cimento.
39
3.2.4 EMULSÃO ASFÁLTICA
É um sistema constituído pela dispersão de uma fase asfáltica em uma fase aquosa
(direta), ou então, de uma fase aquosa dispersa em uma fase asfáltica (inversa), apresentando
partículas eletrizadas (IBP/ABNT-P-EB 472). As emulsões são classificadas em função do
tempo necessário para que ocorra a separação da fase asfalto (ruptura), do teor de asfalto
empregado na fabricação das mesmas e da carga iônica. De acordo com a carga da partícula,
as emulsões podem ser classificadas em:
- Emulsão asfáltica aniônica: é aquela que apresenta as partículas carregadas negativamente.
- Emulsão asfáltica catiônica: é aquela que apresenta as partículas carregadas positivamente.
- Emulsão especial: é aquela que apresenta as partículas asfálticas sem cargas ou carregadas
simultaneamente, positiva e negativamente.
Na Tabela 3.3 estão os tipos de emulsões utilizadas em pavimentação rodoviária e suas
principais aplicações.
A emulsão utilizada nesta pesquisa é do tipo asfáltica catiônica de ruptura lenta, tipo
RL - 1C, produzida pela Petrobrás S.A. As suas características encontram-se na Tabela 3.4 e
foram fornecidas pelo fabricante.
Tabela 3.3 - Tipos de emulsões asfálticas usadas em pavimentação.
Tipos de Emulsões Asfálticas Campo de Aplicação
Ruptura Rápida (RR – 1C) pintura de ligação e tratamentos superficiais por
penetração
Ruptura Rápida (RR - 2C) pintura de ligação e tratamentos superficiais por
penetração
Ruptura Média (RM - 1C) pré-misturados a frio aberto e pintura de ligação
Ruptura Média (RM - 2C) pré-misturados a frio, pintura de ligação e areia asfalto
a frio
Ruptura Lenta (RL -1C) pré-misturados a frio denso, lama asfáltica, areia
asfalto à frio e estabilização solo-emulsão
Lama Asfáltica (LA - 1C) lama asfáltica e estabilização solo-emulsão
Lama Asfáltica (LA - 2C) lama asfáltica e estabilização solo-emulsão
Lama Asfáltica Especial (LA-E) lama asfáltica e estabilização solo-emulsão
40
Tabela 3.4 - Características da emulsão utilizada(modificada – IBP/ABNT, 2001).
Métodos de Ensaios (IBP/ABNT)
Ensaio sobre a emulsão
Tipo Ruptura Lenta (RL-1C)
Viscosidade Saybolt Furol, S, a 50º C MB -581 Máx. 70 Sedimentação, % em peso máximo. NBR-6570 5 Peneiração, 0,84mm, % em peso máximo. MB-609 0,1
Resistência à água, % min. de cobertura. NBR-6300
agregado seco 80 agregado úmido 60 Mistura com cimento, % máximo. NBR-6297 2 ou filer silícico NBR-6302 1,2 - 2,0 Carga da partícula NBR-6567 positiva pH max. NBR-6299 6,5 Destilação NBR-6568 solvente destilado, % em volume nula resíduo mínimo, % em peso 60 Desemulsibilidade, % em peso, mínimo. NBR-6569
% em peso, máximo
Ensaio sobre o solvente destilado
Destilação, 95% evaporados, ºC, máx. NBR-9619 Ensaio sobre o resíduo Penetração a 25ºc, 100g, 5s, 0,1mm NBR-6576 50 - 250 Teor de betume, % em peso, min. MB-166 97 Ductibilidade a 25ºC, cm.min NBR-6293 40
3.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
Segundo Vargas (1978), as propriedades físicas de maior interesse do ponto de vista
geotécnico no estudo de um solo são: textura, plasticidade e estrutura. A partir dessas
propriedades físicas, é possível realizar-se uma identificação satisfatória dos solos.
Os ensaios de caracterização foram realizados nos laboratórios da Universidade de
Brasília em Brasília e da Empresa de Consultoria Maia Melo Engenharia Ltda em Urucu.
41
3.3.1 UMIDADE NATURAL E UMIDADE HIGROSCÓPICA
Umidade é a massa de água contida em uma determinada porção de solo, expressa
como uma porcentagem da massa das partículas sólidas (solo seco) existente nessa porção.
A determinação do teor de umidade dos solos é necessária para a análise de situações
como:
(a) estudo da umidade em áreas de empréstimo, barragens, aterros, aeroportos, fundações;
(b) estudo de parâmetros geotécnicos de solos obtidos em ensaios de compactação,
caracterização, resistência e outros;
(c) estudo da variação sazonal e em profundidade da umidade em corpos de aterro, em
pavimentos, etc;
(d) controle do teor de umidade em áreas de empréstimo, execução de aterro, etc.
A umidade higroscópica é definida como sendo o teor de umidade do solo após
secagem por simples exposição ao ar. Depende da temperatura ambiente e da umidade
relativa do ar.
A umidade natural foi determinada de acordo com a norma NBR 6457/86. Logo que
se coletava o solo, retirava-se uma porção e colocava-se em saco plástico. Ao chegar no
laboratório, imediatamente era pesada esta porção de solo e colocado na estufa. Enquanto a
umidade higroscópica foi obtida acompanhando-se o peso durante três dias de seis amostras,
sendo três previamente colocadas na estufa por 24 h a 105ºC e três expostas às condições
ambientes de temperatura e umidade relativa.
3.3.2 MASSA ESPECÍFICA DOS SÓLIDOS
A massa específica dos sólidos, de um solo, é função dos minerais constituintes e da
percentagem de ocorrência de cada um deles nesse solo. Ela representa a média da massa
específica dos constituintes que compõem a fase sólida do solo, incluindo minerais,
compostos orgânicos, sais precipitados e materiais não cristalinos. Na Tabela 3.5 constam os
valores de massa específica dos sólidos dos minerais mais comuns nos solos. É necessário o
conhecimento da massa específica dos sólidos do solo para caracterizá-lo quanto aos valores
de seus índices físicos em um dado instante. O seu valor quase não se altera com o tempo,
pois é dependente dos minerais.
42
Neste trabalho a massa específica dos sólidos (ρs) foi obtida experimentalmente de
acordo com a norma NBR 6508/84.
Tabela 3.5 - Massas Específica dos sólidos de diferente minerais (modificado - Nogueira,
2001).
MINERAL MASSA ESPECÍFICA DOS SÓLIDOS (kg/m3)
Feldspato 2590 – 2900 Mica 2700 – 3200 Caulinita 2600 – 2650 Montmorilonita 2500 – 2800 Ilmenita 4500 – 5000 Magnetita 5200 Goetita 4400 Quartzo 2650
3.3.3 LIMITES DE ATTERBERG (OU DE CONSISTÊNCIA)
A consistência do solo está relacionada à manifestação das forças físicas de coesão e
adesão que nele atuam para vários teores em água. Num solo úmido a muito úmido podem
surgir em grau variável duas formas de consistência: a adesividade (maior ou menor
facilidade de aderência a outros objetos) e a plasticidade (mudança reversível na forma sob
ação de pressão).
A maior ou menor intensidade da manifestação das diversas formas de consistência
depende essencialmente da textura do solo, da natureza dos colóides minerais, do teor de
matéria orgânica e do estado disperso ou floculado dos colóides, e está intimamente
relacionada com a estrutura do solo (Costa, 1973).
Segundo os conceitos de Atterberg, definem-se do seguinte modo:
- Limite Superior de Plasticidade (Limite de Liquidez): percentagem de água acima da qual
uma porção de solo amassado com água já não retém a forma que se lhe procure imprimir,
começando a manifestar fluidez.
- Limite inferior de Plasticidade (Limite de plasticidade): percentagem de água abaixo da qual
uma porção de solo amassado já não muda continuamente de forma sob pressão, tendendo a
se desagregar quando se pretende moldá-lo.
- Número de Plasticidade (Índice de Plasticidade): diferença entre as percentagens da águas
correspondentes aos limites superior e inferior.
43
Os limites de Atterberg fornecem indicativos dos solos quanto as suas características
de plasticidade, permeabilidade e resistência.
Gidigasu (1976), citado por Santos (1997), enumera os seguintes fatores que influem
na plasticidade dos solos:
- natureza dos minerais: os minerais que apresentam maior plasticidade são aqueles de forma
lamelar ou em placas ao passo que minerais como o quartzo e o feldspato, mesmo em
tamanho pequeno não apresentam plasticidade;
- percentagem da fração argila: quanto maior a quantidade de argila, maior a plasticidade do
solo;
- natureza dos cátions trocáveis: minerais que apresentam alta plasticidade sofrem mais
influência do tipo de cátion adsorvido do que minerais com baixa plasticidade;
- conteúdo de matéria orgânica: a presença de matéria orgânica altera os limites de
plasticidade, porém sem alterar o índice de plasticidade.
A Tabela 3.6, modificada de Mitchell (1993) e citada por Santos (1997) mostra os
valores de plasticidade mais comuns para os diferentes argilominerais.
Tabela 3.6 - Limites de Atterberg para argilo-minerais (modificado - Mitchell,1993)
Mineral wL(%) wP(%)
montmorillonita 100 – 900 50 – 100
illita 60 – 120 35 – 60
caulinita 30 – 110 25 – 40
Nesta pesquisa os limites de liquidez e plasticidade foram determinados,
respectivamente, de acordo com as normas NBR 6459/84 e NBR 718/84.
3.3.4 GRANULOMETRIA
A análise granulométrica visa determinar a relação entre as dimensões das partículas e
os seus percentuais bem como, a graduação destas no solo. Nos ensaios convencionais ela
consiste, em geral de duas fases: peneiramento (partículas com dimensões maiores que 0,074
mm segundo a NBR 7181) e sedimentação (partículas com dimensões menores que 2 mm
segundo a mesma norma). Nesta pesquisa, no entanto, a granulometria foi determinada
utilizando-se o granulômetro a laser, por ser um ensaio mais rápido, preciso e por dispensar o
44
uso de defloculantes químicos, pois estes poderiam afetar os resultados da análise, uma vez
que o estudo enfoca a estabilização química. Foram realizados ensaios no granulômetro com e
sem o uso de ultra-som como agente defloculador, para mostrar a influência da ação química
da cal na estabilidade dos agregados existentes e/ou formados. A Figura 3.6 ilustra os
resultados obtidos a partir deste ensaio.
Figura 3.6 - Granulometria com e sem ultra-som para um perfil de solo
de 0,5 m a 2,5 m (Jazida 5).
O granulômetro a laser existente no laborabtório de Geotecnia da Universidade de
Brasília é o modelo MASTERSIZER Standard BENCH produzido pela Malvern Instruments
Ltda. da Inglaterra. Este equipamento é constituído de três peças: a unidade óptica, a unidade
de preparação da amostra e o computador, conforme Figura 3.7.
Neste equipamento é possível fazer dois tipos de escolha para a realização do ensaio:
sem ulta-som, que é equivalente à sedimentação sem defloculante e com ultra-som,
considerado equivalente ao ensaio de sedimentação com defloculante. Molinero et al. (2003)
verificou que os solos tropicais não são geralmente defloculados em sua totalidade por
qualquer dos agentes defloculadores, sendo eles complementares.
A preparação da amostra obedece alguns aspectos dos procedimentos da NBR 7181. O
solo é destorroado e passado na peneira 10 (# 2 mm). Com o material retido na peneira nº 10
faz-se o peneiramento grosso e com o material passado na peneira nº 10 faz-se o
peneiramento fino, após lavagem na peneira nº 200 (# 0,074 mm) e secagem em estufa. Do
solo passado na peneira 10 recolhe-se uma porção, destorroa-se e passa-se na peneira 40, para
a análise no granulômetro (aproximadamente 5 g de solo). Destaca-se que o peneiramento
0102030405060708090
100
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
diâmetro das partículas(mm)
% q
ue p
assa
C.U.0,5-1C.U.1-1,5C.U.1,5-2C.U.2-2,5S.U.0,5-1S.U.1-1,5S.U,1,5-2S.U.2-2,5
45
fino adotado distingui-se do procedimento de norma pelo motivo de não se submeter a ação
de defloculante.
Figura 3.7 - Granulômetro e acessórios.
A análise granulométrica com e sem defloculação permite ainda avaliar o teor de
micro-concreções presentes nos solos, em função dos teores de argila obtidos com e sem
ultra-som. Nesta análise pode ser considerada a agregação total (A.T.) e o teor de agregação
(T.A.) ou grau de floculação. Com as frações silte e argila determinadas com defloculação é
possível também verificar o grau de alteração (G.R) ou relação silte/argila dos materiais
originais dos solos bem drenados e avaliar a movimentação de argila no perfil (Costa, 1973).
A agregação total, o teor de agregação e o grau de alteração são obtidos pelas Equações 3.3,
3.4 e 3.5:
( . .)
% %Agregados Totais A T
argila com defloculante argila sem defloculante=
= − (3.3)
( )
% %%
Teor de Agregados TAargila com defloculante argila sem defloculante
argila com defloculante
=−
= (3.4)
( . .) % / %Grau de Alteração G A silte argila= (3.5)
3.3.5 ÍNDICE DE ATIVIDADE
Os limites de Atterberg refletem a influência dos argilominerais nas propriedades do
solo sem levar em conta distintamente e influência do tipo e da quantidade dos argilominerais
presentes.
46
Para considerar tais influências Skempton (1953) citado por Vargas (1978), definiu a
atividade coloidal das argilas baseando-se nos resultados dos ensaios de índice de plasticidade
e no teor de argila presente nos solos, classificando-os conforme a Tabela 3.7. O índice de
atividade indica o grau de influência das propriedades mineralógicas e químico-coloidal da
fração argila nas propriedades geotécnicas de um solo argiloso e é expresso pela Equação
(3.6):
argilade
IPAtividadedeÍndice%
= (3.6)
Segundo Skempton (1953), citado por Vermatti (1995), as propriedades de uma argila
são determinadas fundamentalmente pelas características físico-químicas dos vários minerais
constituintes e pela proporção relativa que esses minerais se apresentam no solo.
Tabela 3.7 - Classificação das argilas em função da atividade (modificada - Vargas, 1978).
TIPO DE ARGILA ATIVIDADE IP/(% < # 0,002 mm)
Inativa < 0,75
Normais 0,75 a 1,25
Ativas > 1,25
Vargas (1978), tentando reorganizar as classificações de solos baseadas no limite de
liquidez e no índice de plasticidade, recomendou a utilização da atividade coloidal de
Skempton como um complemento a essas classificações, estendendo-se o princípio para
quaisquer tipos de solos de gênese diferentes, sanando a maior das falhas dessas
classificações, ou seja, a inabilidade em diferenciar solos lateríticos dos não lateríticos,
sabidamente de propriedades bastante diferentes.
3.3.6 CLASSIFICAÇÃO MCT EXPEDITO
A classificação expedita dos solos foi executada de acordo com a metodologia
proposta por Nogami & Villibor (1994) e com algumas alterações propostas por Godoy et al.
(1996).
A metodologia expedita MCT, utilizada neste trabalho segue a quarta proposta.
Caracterizando-se pela simplicidade e baixo custo, no que se refere à aparelhagem, ao
47
material e à mão-de-obra. A Figura 3.8 mostra as pastilhas e bolinhas do ensaio MCT
expedito.
A metodologia utiliza como aparelhagem anéis de PVC de 20 mm de diâmetro interno
e 5 mm de altura e um mini-penetrômetro de 1,3 mm de diâmetro. O ensaio é feito com
material que passa na peneira de malha 0,42 mm. O procedimento consiste em adicionar água
e espatular o solo até que a penetração medida seja de 1 mm. Moldar as pastilhas em seguida
nos anéis de PVC e as bolinhas com peso aproximado de 10 g, deixá-las secar ao ar e ao
mesmo tempo determinar a umidade de moldagem em estufa. Após 24 horas verificar a
resistência a seco das bolinhas e também a imersão em água para observar o tempo e a forma
de desagregação. Segundo Godoy (1997), a resistência a seco é dada pela quebra das bolinhas,
medida como 1 (quebra entre polegar e dedos), 2 (quebra entre polegar e a mesa) e 3 (não
quebra). Colocar as pastilhas em contato com a água e acompanhar a sua elevação por
capilaridade e a seguir fazer a determinação da penetração como o mini-penetrômetro após a
completa reabsorção de água.
Dada a sua simplicidade a classificação MCT expedita tem-se mostrado uma
ferramenta bastante prática na classificação preliminar do solo.
Figura 3.8 - Ensaios da metodologia MCT expedita.
3.3.7 CURVA CARACTERÍSTICA
Em um solo saturado todos os seus vazios estão totalmente cheios de água,
independentemente do diâmetro dos vazios ou poros. À medida que o solo perde umidade
surge nele tensões capilares e de sucção que o fazem retrair, até que o ar entre em seus vazios.
Esta tensão capilar ou sucção para o qual se dá a entrada de ar nos poros é chamada de
(a) (b)
48
pressão de entrada de ar. A partir dela geralmente se pressupõe que as variações do volume de
vazios cessem com o aumento das tensões capilar/sucção.
A curva característica também chamada de retenção ou de sucção é a expressão gráfica
que relaciona a sucção com o teor de umidade, esta podendo ser expressa ainda em função da
unidade volumétrica e do grau de saturação.
Sua forma, bem como os valores de sucção que são possíveis de se atingir, estão
intimamente relacionados com a granulometria dentro de uma mesma classe de textura,
composição mineralógica e micro-estrutura solo.
A curva de retenção de umidade, de um modo geral , apresenta histerese isto é, os
pares ordenados sucção x umidade obtidos por secagem são diferentes daqueles obtidos por
umedecimento, conforme Figura 3.9. O fenômeno da histerese pode ser atribuído a diversas
causas, dentre elas, a geometria não uniforme dos poros individuais intercomunicados por
pequenas passagens, ar aprisionado nos vazios do solo ou liberação de ar dissolvido na água, a
percentagem de argila presente, mudanças diferenciais da estrutura do solo em decorrência
dos fenômenos de inchamento ou retração (Lemos, 1995).
Nesta pesquisa adotou-se um procedimento diferente para a obtenção da curva
característica. Ele consiste em submeter a partir da umidade de compactação alguns corpos-
de-prova à secagem e outros ao umedecimento, conforme o grau de saturação desejado. Tal
procedimento visa simular melhor a condição de campo. Para a determinação da curva
característica foram moldados 10 corpos-de-prova com o mesmo teor de umidade e peso
específico e a seguir fez variar a umidade de modo a se atingir grau de saturação entre 10% e
90%. Atingida a umidade desejada procedeu-se à determinação da sucção pela técnica do
papel filtro.
Figura 3.9 - Curva característica de sucção do solo.
49
3.4 CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA
A matéria mineral sólida do solo é constituída por minerais primários e por minerais
secundários. Os minerais primários encontrados no solo provêm da rocha a partir da qual o
solo se originou (herdados da rocha-mãe), persistindo mais ou menos inalterados na sua
composição. Os minerais secundários, por sua vez, podem ocorrer no solo principalmente por
três processos:
- por síntese in situ de produtos resultantes da meteorização dos minerais primários menos
resistentes;
- por simples alteração da estrutura de determinados minerais primários verificada in situ;
- herdados diretamente da rocha-mãe.
Segundo Costa (1973), os principais minerais primários que podem ocorrer nos solos
são: quartzo, feldspato, feldspatóides, micas, piroxenas, anfibolios, olivinas, apatite,
magnetite, turmalina, rutílio, ilmenita, zircão, calcita, granadas, etc. Os mais freqüentes são o
quartzo e os feldspatos. O conhecimento qualitativo e quantitativo dos minerais primários
fornece a indicação do grau de evolução do solo e da reserva de mineral. Os minerais
secundários de ocorrência mais freqüentes são os minerais de argilas (silicatos de alumínio no
estado cristalino), silicatos não cristalinos, óxidos e hidróxidos de ferro e de alumínio e
carbonatos de cálcio e de magnésio.
Segundo Cavalieri (1988), a composição mineralógica da fração argilosa avalia quais
as estruturas argilosas predominantes e a possibilidade de uso da cal como agente
estabilizante do solo.
Segundo Lima (2003), o conhecimento da composição mineralógica dos solos é
fundamental para a compreensão de suas características físicas. Existem vários métodos para
identificação dos minerais dos solos, os mais empregados são: a análise química, a
difratometria por raios-X, a análise termo-diferencial (ATD), a análise termo-gravimétrica, as
microscopias óptica e eletrônica.
Neste trabalho a determinação da composição mineralógica foi realizada por difração
de raios-X. O aparelho utilizado foi o difratômetro RIGAKU, pertencente ao laboratório de
Difratometria de Raios-X do Instituto de Geociências da Universidade de Brasília. Os
resultados do ensaio são apresentados em gráficos, denominados difratogramas. Por meio de
um software específico, são identificados qualitativamente os minerais a partir dos picos
destes no difratograma.
50
Cita-se ainda que, as análises foram realizadas na fração passante na peneira nº 200
pelo método do pó. As amostras ensaiadas foram: uma mistura de solos natural do perfil das
jazidas (1, 2, 3, 4 e 5), um perfil de solo natural completo para a jazida 5, as misturas solo-cal
e solo-cimento com teores de 3% e 6% de cal e/ou cimento para uma mistura de solos da
jazida 5. Determinou-se ainda o difratograma da cal e do cimento.
As argilas são essencialmente compostas por partículas cristalinas extremamente
pequenas de um ou mais membros de um grupo relativamente restrito de minerais. São
silicatos de alumínio hidratados, com magnésio ou ferro substituindo total ou parcialmente o
alumínio em alguns minerais e que, em alguns casos, incluem elementos alcalinos ou
alcalinos terrosos. São colóides eletronegativos, e uma das suas propriedades mais
importantes é a da adsorção e troca de cátions. Também são susceptíveis de dispersão e
floculação.
As propriedades físicas mais importantes são: o forte poder de retenção de água, a
acentuada plasticidade e adesividade, a tenacidade no estado seco, a variação de volume com
o teor de água e a formação de ligações com substâncias orgânicas.
3.5 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA
O oxigênio, o silício, o alumínio e o ferro são os principais constituintes da matéria
mineral do solo. Os óxidos de silício, de alumínio e de ferro somados constituem 90% do peso
seco da fração inorgânica do solo, predominando o óxido de silício. Cálcio, magnésio,
potássio, titânio, fósforo, manganês, enxofre, cloro e outros elementos, expressos em óxidos
constituem menos de 10% do peso da fração mineral do solo.
A análise química do solo pode ser de grande importância na engenharia geotécnica, o
conhecimento da composição química da argila embora indispensável para o perfeito
diagnóstico da sua natureza mineralógica, por si só, mostra se em geral insuficiente, em
virtude do solo ser como regra geral uma mistura de minerais e não um mineral puro (Costa,
1973). Por meio dela pode-se verificar o potencial de reação de um solo a produtos químicos,
em função dos elementos químicos nele presentes. A caracterização química dos solos tem
muita importância para a agronomia. Ela distingue os minerais do solo em macronutrientes:
carbono (C), oxigênio (O), hidrogênio (H), nitrogênio (N), potássio (K), fósforo (P), cálcio
(Ca), magnésio (Mg) e enxofre (S) e os micronutrientes: ferro (Fe), manganês (Mn), zinco
(Zn), cobre (Cu), molibdênio (Mo), boro (B) e cloro (Cl). Do ponto de vista geotécnico
51
destacam-se em importância a capacidade de troca catiônica (CTC), o teor de matéria
orgânica e a acidez.
Nesta pesquisa a análise química foi realizada pela empresa SOLOQUÍMICA. As
amostras de solo natural foram secadas ao ar e passadas na peneira nº 10 e nas misturas, após
os ensaios de CBR reservou-se amostras para a análise química.
3.5.1 CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA (CTC)
Entende-se por troca iônica o processo reversível pelo qual íons retidos na superfície
de uma fase sólida são, sem alteração sensível ou decomposição desta, permutados com
quantidades equivalentes de íons em solução numa fase líquida, ou pertencentes à outra fase
sólida em contato com a primeira.
Capacidade de Troca Catiônica do solo é definida como a quantidade de cátions necessária
para neutralizar as cargas negativas de uma quantidade unitária de solo em determinadas
condições, ou seja, a capacidade do solo reter e trocar cátions, para um determinado pH. As
cargas negativas pertencem à fase sólida do solo, representadas pelas partículas de argila, pela
fração coloidal da matéria orgânica e pelos óxidos hidratados de ferro e de alumínio. A CTC é
expressa em miliequivalentes por 100 gramas ou 100ml de material (mE/100g ou mE/100ml)
e determinada pela Equação 3.7. Na Tabela 3.8 é apresentada a variação de CTC de vários
minerais de argila e para matéria orgânica.
2 2 3 + CTC Ca Mg K Na H Al+ + + + + += + + + + (3.7)
Tabela 3.8 - Valores de CTC (modificado - Guimarães, 1971).
Minerais CTC (mg/100g) matéria orgânica 200 – 400 vermiculita 100 – 150 montmorilonita 80 – 150 ilita 10 – 40 clorita 11 – 40 haliosita - 2H2O 5 – 10 haliosita - 4H2O 40 – 50 caulinita 3 – 15
Os minerais de argila e os colóides húmicos são eletronegativos, mas, em certas
condições, podem desenvolver certo número de cargas positivas. Os óxidos e os hidróxidos de
52
alumínio e de ferro têm caráter anfotérico, ou seja, dependendo do ponto isoelétrico da sua
natureza amorfa ou cristalina, e também do grau de cristalinidade.
A adsorção catiônica nos minerais de argila deve-se à existência de cargas negativas
intrínsecas ou permanentes resultantes das substituições isomórficas e quebra nas ligações nos
bordos dos cristais e/ou da dissociação de hidrogênios de oxidrilas expostas dos rebordos dos
cristais ou nas superfícies basais externas (Costa, 1973).
Alguns solos desenvolvem cargas de um e outro tipo, o que é evidenciado pela
propriedade do complexo coloidal adsorver cátions e ânions, conforme ilustrado na Figura
3.10. De maneira geral, quando o pH aumenta, aumentam as cargas negativas e diminuem as
cargas positivas do complexo coloidal do solo, verificando-se o contrário quando o pH
diminui.
Os fenômenos de retenção e troca iônica no solo estão mais ou menos intimamente
relacionados com variados processos químicos e físicos que nele têm lugar, tais como,
alterações dos minerais, eluviação, variação de consistência e volume do material do solo com
o teor em água e absorção de elementos nutritivos pelas raízes das plantas.
Os cátions de troca quantitativamente mais importantes no solo são os cátions básicos:
cálcio (Ca2+), magnésio (Mg2+), potássio (K+), sódio (Na+) e os cátions ácidos: alumínio
(Al3+) e hidrogênio (H+).
A extensão das trocas depende bastante da relação do peso de sólido para o volume da
solução, da concentração desta, do pH, e ainda de outros fatores.
Figura 3.10 - Variação da carga com o pH de um solo ferralítico vermelho. P – carga negativa
permanente das partículas; A – carga negativa, desenvolvida a pH elevado; B – carga positiva
desenvolvida a pH baixo (modificado - Costa, 1973)
53
Segundo Brady (1979), citado por Lima (2003), o hidrogênio e o alumínio tendem a
predominar nos solos ácidos, ambos contribuindo para a concentração dos íons H+ na solução
do solo, sendo que os cátions básicos neutralizam a acidez do solo. Segue alguns conceitos
decorrentes da análise química dos solos:
a) Soma das Bases Trocáveis (S): indica o número de cargas negativas dos colóides que estão
ocupadas por bases, (Equação 3.8).
2 2 + S Ca Mg K Na+ + + += + + (3.8)
b) Percentagem de Saturação por Bases (V%): mede a percentagem dos pontos potenciais de
troca de cátions, do complexo coloidal do solo que estão ocupados por bases. Sendo muito
usado pelos agrônomos para separar solos férteis (V%>50) de solos de baixa fertilidade
(V%<50), Equação 3.9.
2 2
42 2 3
4
( ) 100%
Ca Mg K Na NHVCa Mg K Na NH H Al
+ + + + +
+ + + + + + +
+ + + + ×=
+ + + + + + (3.9)
c) Percentagem de Saturação por Alumínio (Al%): mede a percentagem da CTC efetiva que
está ocupada pelo alumínio trocável. Geralmente, quanto mais ácido é um solo, maior o teor
de alumínio trocável, menores os teores de Ca, Mg e K, menor a soma de bases e maior a
porcentagem de saturação por alumínio, Equação 3.10. 3
2 2 3
100% AlAlCa Mg K Na Al
+
+ + + + +
×=
+ + + + (3.10)
3.5.2 MATÉRIA ORGÂNICA NO SOLO
A matéria orgânica do solo é constituída de organismos vivos, de seus resíduos e,
principalmente, de seus produtos de decomposição. Aos produtos de decomposição nos quais
não é mais possível reconhecer a origem, denomina-se húmus.
A matéria orgânica é de fundamental importância para as propriedades físicas,
químicas e biológicas do solo. Ela influi na agregação, friabilidade, porosidade e capacidade
de retenção de água e nutrientes.
A proporção e distribuição da matéria orgânica do solo, as suas características
morfológicas e físico-químicas variam consoante as condições de acumulação e
decomposição.Sendo que o teor de matéria orgânica é mais elevado em solos de textura fina,
conforme a Tabela 3.9.
54
Os fatores que mais influem são o clima, a natureza da vegetação, a temperatura e a
umidade.
Costa (1973) referencia as indicações designativas do nível de matéria orgânica dos
solos.
Tabela 3.9 - Classificação dos solos quanto ao teor de matéria orgânica (Costa, 1973).
20 -10 30 -15 muito alta10 - 5 15 - 7 alta5 - 3 7 - 5 medianamente alta3 - 2 5 - 2 médio
2 - 0,5 2 - 1 baixo< 0,5 < 1 muito baixo
Percentagem de matéria orgânica
classificaçãoEm horizontes de textura média e fina
Em horizontes de textura grossa
3.5.3 ACIDEZ DOS SOLOS
As medidas de acidez dos solos envolvem um conjunto de conceitos e variáveis que
devem ser avaliadas em conjunto. Os principais conceitos, segundo Lopes (1998) são:
a) Acidez ativa: é dada pela concentração de H+ na solução de solo e é expressa em termos de
pH.
b) Acidez trocável: refere-se ao alumínio (Al3+) e hidrogênio (H+) trocáveis e adsorvidos nas
superfícies dos colóides minerais ou orgânicos e por forças eletrostáticas. É determinada no
laboratório com KCl 1N.
c) Acidez não-trocável: é a quantidade de acidez titulável que ainda permanece no solo, após
a remoção da acidez trocável com uma solução de um sal neutro não-tamponado, como
exemplo o KCl 1N. É representada por H+ em ligação covalente (mais difícil de ser rompida)
com as frações orgânicas e minerais do solo.
d) Acidez potencial ou total: refere-se ao total de H+ em ligação covalente, mais H+ + Al3+
trocáveis. Determina-se usando uma solução tamponada a pH 7,0.
A técnica de ensaio influi sensivelmente nos resultados: as proporções relativas de
solo e água; a posição de mergulho dos eletrodos na solução sobrenadante, na suspensão de
partículas terrosas ou no sedimento.
55
Segundo Costa (1973), a determinação do pH do solo correntemente é feita numa
solução normal de cloreto de potássio. O valor obtido é geralmente inferior ao pH do solo
determinado em água, na ordem de meia a uma unidade. Cabe destacar, no entanto que em
solos tropicais intemperizados o pH em KCl é superior ao da água. O mesmo autor ainda
enumera as vantagens do pH medido na solução normal de cloreto de potássio: nos solos
ácidos e neutros reflete em parte a mobilização da acidez potencial, dadas as reações de troca
entre o cátion do sal e os íons Al 3+ e H+ do solo; valor igual na determinação potenciométrica
no líquido que sobrenada, na suspensão ou no sedimento; resultados mais constantes no
mesmo solo; valores mais aproximados do pH prevalecente na superfície das partículas
terrosas.
As principais origens da acidez dos solos são a matéria orgânica, os aluminossilicatos
das frações finas do solo, os sesquióxidos e a lixiviação de certos sais solúveis.
O pH define-se em função de duas medições de força eletromotriz empregando
sucessivamente uma solução padrão e a solução a analisar, a temperatura constante.
O pH afeta extraordinariamente a solubilidade de vários elementos, como, por
exemplo, o ferro e o alumínio. A carga elétrica das partículas varia com o pH, que por isso
influi consideravelmente nos fenômenos de adsorção, troca catiônica, dispersão e floculação.
Seja qual for o verdadeiro pH da solução do solo, sabe-se que não constitui, num dado
solo, um valor constante e característico. Ele sofre oscilações dependentes do teor do solo em
água, da natureza e proporção de sais em solução e da concentração de anidrido carbônico na
atmosfera do solo.
Guimarães et al., (1971) classifica os solos em função dos valores de pH: (a)
fortemente alcalino, pH > 8; (b) alcalino com 7,4 < pH < 8; (c) neutro com 6,6 < pH < 7,3; (d)
levemente ácido com 6 < pH < 6,5; (e) moderadamente ácido com 5,5 < pH < 5,9; (f) ácido
com 4,5 < pH < 5,4; (g) fortemente ácido com 4,3 < pH < 4,4; (h) extremamente ácido com
pH < 4,3. Nota-se que mesmo esta classificação do solo em função do pH não é definitiva na
literatura, pois Bigarella et al., (1996) estabelece a seguinte classficação: (a) ácidos com pH <
5,5; (b) moderadamente ácido com 5,5 < pH < 6,4; (c) praticamente neutro com 6,5 < pH <
6,9; (d) neutro com pH = 7 e (e) alcalino com pH > 7.
Medindo-se o pH do solo em água (H2O) e em solução normal de cloreto de potássio
(KCl), a diferença entre os valores (∆pH = pHKCl – pHH2O) indica o nível de intemperização
do solo. Quando a diferença de pH é negativa, ocorre na amostra predominância de argilas
silicatadas e a quantidade de alumínio trocável é elevada, enquanto que um ∆pH positivo está
relacionado com o predomínio de óxidos de ferro e de alumínio e indica uma quantidade de
56
alumínio trocável baixa (Lima, 2003). Conseqüentemente, a determinação do ∆pH indica se o
alumínio está predominando na forma permutável ou não.
3.6 CARACTERIZAÇÃO MICRO-ESTRUTURAL
No estudo dos solos compactados e dos solos estabilizados quimicamente a análise
microestrutural é importante, pois tanto a compactação como as trocas catiônicas e reações
químicas são susceptíveis de oferecer arranjo estrutural.
Várias são as técnicas de microscopia para a observação da microestrutura dos solos.
No presente estudo optou-se pela utilização da microscopia eletrônica de varredura
(MEV), uma vez que esta técnica possibilita não só a visualização da estrutura do solo como
também, a observação de grãos e agregados individuais.
As amostras de aproximadamente 1 cm3 de amostras de solo natural, solo-cal nos
teores em peso seco de 2%, 3%, 4% e 6%, solo-cimento nos teores em peso seco de 3% e 6%,
solo-emulsão no teor de 2% e solo-emulsão-cal e solo-emulsão-cimento, respectivamente nos
teores de 2%, 3% e 3% de emulsão, cal e cimento foram metalizadas com carbono e
submetidos ao MEV.
Na Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) um feixe de elétrons varre uma certa
área, em zig-zag e intermitentemente. Isto faz com que cada ponto da área varrida produza
uma certa quantidade de elétrons secundários, proporcional a topografia, que surge como sinal
luminoso, de maior ou menor intensidade dependendo de sua quantidade modulando a
imagem gerada em um tubo de raios catódicos e mostrada em um monitor acoplado ao
microscópio.
Nos ensaios realizados a metalização foi realizada no Laboratório de Microssonda do
Instituto de Geociências da Universidade de Brasília e, as microscopias nos laboratórios de
FURNAS Centrais Elétricas S.A. em Goiânia.
3.7 COMPORTAMENTO MECÂNICO
Para verificar o comportamento mecânico do solo foram realizados ensaios de
compactação, Mini-CBR, sucção, perda de massa por imersão e desagregação tanto para o
57
solo natural, quanto para as misturas de solo com cal, cimento, emulsão e areias grossa e fina,
conforme a Tabela 3.10.
Tabela 3.10 - Composição das misturas estudadas.
cal (%) cimento
(%)
emulsão
(%) *areias (%) 2% de emulsão
Solos
2 3 4 6 3 6 1 2 3 10 20 30 3% cal 3% cimento
J – 2 X x x x
J – 3 X x x x
J – 5 X x x x x x x x x x x x x x
* grossa e fina
3.7.1 COMPACTAÇÃO
Os princípios teóricos de compactação de solos coesivos foram estabelecidos por R.R.
Porter no início da década de 30, citado por Vargas (1978) e Holtz & Kovacs (1981), que o
considerava como função de quatro variáveis: esforço de compactação, massa específica
aparente máxima do solo seco, teor de umidade e tipo de solo, incluindo graduação e tipos de
minerais argílicos (Cardoso et al., 1995).
A compactação é um processo que envolve aplicação de energia mecânica para que se
obtenha a densificação dos solos.
Segundo Yoder & Witczak (1975) citado por Cardoso et al. (1995), enumeram as
seguintes propriedades como desejáveis para um subleito: resistência, drenagem, facilidade de
compactação e manutenção da compactação ao longo do tempo.
Os mesmos autores alertam para a variação dos materiais, destacando que a relação
entre textura do solo, massa específica aparente, umidade e resistência são de natureza muito
complexa. Por esta razão as normas ou procedimentos nem sempre podem ser aplicados a
todos os casos.
Ainda segundo Holtz & Kovacs (1981), citado por Cardoso (1995), a compactação
melhora as propriedades de engenharia dos subleitos, resultando nas seguintes vantagens:
redução de recalques indesejáveis, aumento da resistência do solo, aumento da capacidade de
suporte dos subleitos; melhor controle de variações indesejáveis de volume, como expansão e
retração e redução da erodibilidade.
58
O engenheiro de pavimentação tem que levar em conta todos estes fatores e ter
consciência de que o processo de compactação busca, em primeiro plano, a melhoria das
propriedades de engenharia dos solos e não somente atingir a um determinado grau de
compactação ou umidade pré-estabelecida.
As principais técnicas de compactação são a dinâmica, a estática ou semi-estática e a
vibração. Nesta pesquisa realizou-se inicialmente a compactação dinâmica pela metodologia
MCT do solo natural de modo a se definir as curvas de compactação equivalentes aos ensaios
Proctor Normal e Intermediário. Com bases nessas curvas de compactação definiram-se as
energias semi-estáticas (em prensa à deformação controlada) necessárias para atingir as
condições ótimas das duas energias. Obteve-se respectivamente 5,60 kN/m2 (900 divisões) e
9,40 kN/m2 (1500 divisões) no anel dinamométrico de 10 kN, como energias semi-estáticas
equivalentes ao Proctor Normal e Intermediário. Estas energias foram então utilizadas na
compactação dos corpos-de-prova submetidos aos diferentes ensaios. Cabe destacar que a
opção pela metodologia semi-estática se deu por geralmente se aproximar mais das condições
de compactação de campo do que a compactação dinâmica. Outra vantagem é a sua melhor
repetibilidade (Camapum de Carvalho et al., 1985).
Vargas (1978) comenta que ao compactar um solo de forma correta está se buscando
uma estabilidade que não varie com o tempo, sob quaisquer condições climáticas. Um
controle de compactação eficaz é necessário para que se garanta a densidade, a resistência e a
estabilidade esperadas.
O procedimento de ensaio em laboratório nas misturas consistiu em: destorroamento e
passagem do solo na peneira de diâmetro 2 mm (nº 10); adição da quantidade cal, cimento e
emulsão ou areia, conforme a percentagem especificada; homogeneização da mistura a seco;
adição de água até atingir a umidade desejada; homogeneização da mistura úmida e passagem
na peneira de 2 mm ou 4 mm; compactação dos corpos-de-prova por processo estático.
Neste trabalho foram utilizadas misturas de amostras provenientes das profundidades
de 0,5 m a 2,5 m das jazidas 2, 3 e 5. O solo natural e as misturas foram compactados semi
estaticamente numa prensa de CBR, em camada única de aproximadamente 5 cm de diâmetro
e altura e nas energias equivalentes à normal e à intermediária. Para a confecção de cada
corpo-de-prova foram usados 190 g de solo úmido.A Figura 3.11 ilustra o processo de
compactação utilizado nesta pesquisa.
59
Figura 3.11 - Compactação estática utilizada na pesquisa.
3.7.2 ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (ISC) OU CBR
O Departamento de Estradas de Rodagem da Califórnia estabeleceu este ensaio para
avaliar a resistência dos solos. No ensaio original é medida a resistência à penetração de uma
amostra saturada compactada segundo a energia especificada (Normal, Intermediária ou
Modificada). O valor da resistência à penetração é computado em percentagem e tendo como
padrão de referência à penetração em uma amostra de brita graduada de elevada qualidade.
As etapas do ensaio convencional são: compactação, imersão em água, medida da
expansão e da resistência à penetração após 96 horas.
Nesta pesquisa foi executado o ensaio de Mini-CBR do solo não saturado, com o
objetivo de determinar a resistência do solo natural e das misturas.
O ensaio de capacidade de Suporte Mini-CBR foi desenvolvido na Iowa State
University, sendo que o valor obtido foi chamado de IBV (Iowa Bearing Value). Caracteriza-
se por utilizar pistão de penetração (16 mm de diâmetro interno) e corpos de prova de
dimensões reduzidas (50 mm de diâmetro interno) e altura de aproximadamente 120 mm.
Nogami efetuou adaptações no método de ensaio de Iowa a fim de poder correlacionar
seus resultados com o CBR obtido segundo a norma do DNER, NBR 9895.
Verificou-se mais tarde que o ensaio Mini-CBR permitia uma grande flexibilidade nas
variáveis que influenciam o valor do suporte. Sendo possível determinar a capacidade de
suporte com e sem imersão em água, com vários tipos de sobrecarga, com vários teores de
umidades e energia de compactação, com nível de água na ocasião da penetração. Com essas
variações foi possível caracterizar melhor as peculiaridades dos solos tropicais, sem, contudo,
aumentar proibitivamente a quantidade de amostras necessárias, o esforço físico para a
execução dos ensaios e o seu custo.
60
Os ensaios de expansão, contração e Mini-CBR geram resultados que possibilitam o
dimensionamento de pavimentos e a escolha de solos para reforço do subleito, sub-bases,
bases e acostamentos. O Mini-CBR pode ser realizado com ou sem imersão e sobrecarga.
O ensaio Mini-CBR com imersão e sobrecarga (CBRic) é realizado para se estudar o
comportamento de solos do subleito ou solos para a execução de aterros.
O ensaio Mini-CBR sem imersão e sobrecarga (CBRsic) é realizado para se estudar o
comportamento de solos para bases de pavimentos econômicos (camadas pouco espessa de
revestimento). Estudos de acompanhamento de medição do teor de umidade de bases em
serviços por vários anos revelam que a condição não imersa é a mais representativa (Fortes,
1991). Para a região Amazônica tal consideração requer, no entanto constatação.
O procedimento adotado no ensaio de expansão é similar ao tradicional, no entanto, o
tempo de imersão em água dos corpos de prova é menor (20 horas). As leituras no
extensômetro do anel dinamométrico correspondem às seguintes penetrações: 0,25 mm, 0,50
mm, 0,75 mm, 1,00 mm, 1,25 mm, 1,50 mm, 2,00 mm, 2,50 mm, 3,00 mm, 3,50 mm, 4,00
mm, 4,50 mm, 5,00 mm.
Nesta pesquisa o ensaio de capacidade de suporte foi executado sem imersão e sem
sobrecarga, sendo realizado logo após a medida da sucção nos corpos-de-prova. Os corpos-
de-prova eram colocados em molde bipartidos de PVC, Figura 3.12 (a) e presos com
braçadeiras e apertados com o equipamento mostrado na Figura 3.12 (b).
Figura 3.12 - (a) Execução de CBR; (b) ferramentas utilizadas na montagem do CP;
(c) CP após o ensaio.
(b)
(c) (a)
61
3.7.3 SUCÇÃO
A Sucção de um solo é um dos componentes mais importantes para o conhecimento de
seu comportamento não saturado. Basicamente, a sucção dos solos é a energia correspondente
a sua capacidade de reter água. Quando a água livre migra para dentro de um solo, ela será
retida ou absorvida por ele. Para desprender esta água adsorvida, é necessária a aplicação de
energia externa superior as forças retenção do solo. Segundo Lee e Wray (1995), citado por
Villar et al. (2001), a sucção é definida como a energia aplicada por unidade de volume de
água para desprendê-la. Em geral quanto mais seco é o solo, maior a sucção. Ainda, segundo
estes autores existem dois níveis distintos em que a sucção poderia ser medida. O primeiro
envolve a medição da poropressão, chamada de sucção mátrica, e o segundo, a tensão
necessária para remover uma molécula de água do solo dentro da fase de vapor, chamada de
sucção total. A sucção total corresponde à soma das sucções mátrica e osmótica.
Nesta pesquisa utilizou-se a Técnica do Papel Filtro (papel filtro Whatman nº 42), que
segue o seguinte princípio: “um material poroso, quando colocado em contato com uma
amostra de solo, dentro de algum tempo, entrará em equilíbrio hidráulico” (Lima, 2003). Os
dois se encontram com a mesma sucção. Para a determinação da sucção, tomou-se por base o
trabalho de Marinho (1995), usando-se o papel Whatman nº 42, que é um papel especial com
espessura considerável e pequeno tamanho dos poros.
No ensaio de sucção foram utilizados corpos-de-prova compactados estaticamente nas
energias Normal e Intermediária variando-se a saturação dos corpos-de-prova logo após a
compactação dos mesmos.
O papel filtro permite medir a sucção mátrica, quando há contato direto com a amostra
ou a sucção total quando não há contato entre papel e amostra. Nesta pesquisa determinou-se
somente a sucção mátrica.
Em cada corpo-de-prova foram colocados três papéis filtros. O conjunto é embrulhado
com filme de PVC, lacrado com fita crepe e colocado dentro de uma caixa de isopor com
tampa. A caixa com os corpos-de-prova foi deixada por um período de mais ou menos 15 dias
dentro de uma câmara úmida em condições estáveis de temperatura.
Após o período de equilíbrio energético-hídrico, retiraram-se os papéis superior e
médio com uma pinça e fez-se à pesagem dos mesmos, numa balança com precisão de
0,0001g. A seguir levaram-se os papéis à estufa, regulada a temperaturas de 105º a 110ºC por
um período de 3 horas, para o cômputo do peso seco.
62
Calculada a umidade do papel filtro e utilizando-se a curva de calibração do papel
Whatman nº 42, encontrada na literatura, determina-se à sucção do papel filtro que se supõe
ser a mesma do solo.Seguindo as recomendações de Marinho (1995) utilizou-se a curva de
calibração obtida por Chandler et al. (1992) por ser resultante de mais pesquisas, entretanto,
existe também a curva proposta pela ASTM(1992).
As duas metodologias adotam as seguintes recomendações:
Chandler et al. (1992) recomendada por Marinho (1995):
Para umidade do papel filtro (w) > 47%:
(6,05 2,48 log )( ) 10 wSucção kPa −= (3.11)
Para umidade do papel filtro (w) ≤ 47%:
(4,84 0,0622 )( ) 10 wSucção kPa −= (3.12)
ASTM D5298-92 (Marinho, 1995):
Para umidade do papel filtro (w) > 54%:
(2,412 0,0135 )( ) 10 wSucção kPa −= (3.13)
Para umidade do papel filtro (w) ≤ 54%:
(5,327 0,0779 )( ) 10 wSucção kPa −= (3.14)
3.7.4 DESAGREGAÇÃO
O ensaio de desagregação adotado está descrito em Santos (1997). A execução do
ensaio consiste na colocação da amostra dentro de uma bandeja com água e observar as
reações ao processo de imersão. Os corpos-de-prova foram compactados no molde cilíndrico
de 5,05 cm de diâmetro interno. Uns corpos de prova foram submetidos à imersão completa,
logo no início do ensaio e outros foram inundados por etapas. O ensaio inundado por etapas
teve início com o nível de água na altura da base do corpo-de-prova e permanecendo nesta
posição por 30 minutos. A seguir, o nível de água foi progressivamente elevado para 1/3, 2/3
e 3/3 da altura do corpo de prova, em intervalos de 15 minutos em cada etapa. A duração do
ensaio foi de 24 horas e, durante este período de tempo, observou-se o que ocorreu com as
amostras. As Figuras 3.13 (a) e 3.13 (b) apresentam as amostras submetidas ao ensaio de
desagregação.
Santos (1997) cita Holmgren & Flanagan (1977), que após a realização de uma série
de ensaios de desagregação em amostras remoldadas classificam os tipos de reação à
inundação em:
63
Figura 3.13 - Ensaios de Desagregação. (a) imersão total e (b) imersão por etapas.
sem resposta: quando a amostra mantém sua forma e dimensões originais;
abatimento (slumping): quando a amostra se desintegra formando uma pilha de material
desestruturado. Os mecanismos primários que causam a desintegração são a hidratação e a
desaeração que atuam gerando pressões positivas que desagregam o solo;
fraturamento: quando a mostra se quebra em fragmentos mantendo as forma original das
faces externas. O principal mecanismo atribuído a este processo é a expansão osmótica.
Quando a concentração de íons dentro da fase sólida é maior do que a da solução ambiente, a
água tende a se mover para dentro do solo a fim de reduzir esta concentração, causando então
o processo de expansão e o conseqüente fraturamento;
dispersão: as paredes da amostra se tornam difusas com o surgimento de uma “nuvem”
coloidal que cresce à medida que a amostra se dissolve. Segundo os autores, o processo de
dispersão ocorre quando as pressões de expansão são grandes o suficiente para causar a
separação entre as partículas individuais. A principal condição para a ocorrência do fenômeno
é a presença de sódio no sistema. Porém outros fatores podem influenciar tais como: a
concentração de sais, o pH do solo e a umidade/sucção inicial.
3.7.5 PERDA DE MASSA POR IMERSÃO
Este método de ensaio está especificado pelo DNER-ME 256/94. Ele faz parte do
grupo de ensaios da metodologia MCT. O resultado do ensaio é aplicado na Classificação
MCT de solo e na avaliação da erodibilidade de solos em presença da lâmina d’água.
O procedimento de ensaio consiste em extrair do molde 10mm do solo compactado, e
em seguida, imergir em água na posição horizontal, por um período de 24 horas, conforme
(a) (b)
64
mostrado na Figura 3.14. Recolhe-se a parte eventualmente desprendida e calcula-se sua
massa seca. A perda de massa por imersão é expressa em percentagem relativamente à massa
seca da parte saliente do corpo de prova.
Figura 3.14 - Ensaio de Perda de Massa por Imersão.
3.7.6 PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO
A determinação do peso específico dos corpos-de-prova foi feita de duas formas: pelas
medidas diretas de altura e diâmetro após a compactação, e usando-se o método da balança
hidrostática normalizado pela ABNT (NBR-6508), após a realização dos ensaios de CBR e
Penetrômetro Dinâmico de Cone Adaptado, conforme se vê na Figura 3.15.
Após o ensaio da balança hidrostática determinou-se a umidade do solo pelo método
da estufa.
Figura 3.15 - Corpos-de-prova para ensaio de Massa Especifica pela balança hidrostática.
65
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESUTADOS
4.1 INTRODUÇÃO
Neste capítulo serão apresentados e analisados os resultados dos ensaios de
caracterização física, química, mineralógica e estrutural e de comportamento mecânico do
solo natural e nas misturas. Será desenvolvida uma análise dos dados obtidos de forma
individual, em seguida, de modo global e finalmente, será analisada a correlação existente
entre os resultados de caracterização e comportamento mecânico.
4.2 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
É necessário o conhecimento das características e das propriedades geotécnicas
convencionais dos materiais empregados na construção de pavimentos rodoviários de modo a
classificá-los quanto ao seu potencial de uso. Com esta finalidade foram realizados ensaios de
umidade natural, granulometria, limites de Atterberg, ensaios da Metodologia MCT expedita
e massa específica dos grãos.
4.2.1 UMIDADE NATURAL
Na Figura 4.1, mostra-se que a umidade natural é relativamente alta e sofre, em grande
parte dos furos de coleta, pouca variação ao longo do perfil de profundidade. Essa tendência é
devida à cobertura vegetal, à pluviosidade elevada da região, a proximidade dos córregos
d’água perenes e à pequena espessura do manto analisado.
Destaca-se, no entanto, que para uma mesma jazida e profundidade, as variações de
umidade chegam a ultrapassar até 30%. Este é um aspecto importante do ponto de vista
prático, pois se por um lado implica em maior dificuldade em homogeneizar a umidade de
compactação, por outro tais diferenças podem estar refletindo alterações do solo.
4.2.2 UMIDADE HIGROSCÓPICA A Figura 4.2 mostra a umidade higroscópica ao longo de um período de 72 horas de
observação obtidas para as jazidas. As amostras utilizadas foram obtidas da mistura e
homogeneização dos solos provenientes de todos os furos para a profundidade de 1,0 a 1,5 m.
66
0,5
1
1,5
2
2,5
17 21 25 29
wnat(%)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1
1,5
2
2,5
17 21 25 29 33
wnat(%)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1
1,5
2
2,5
17 21 25
wnat (%)pr
ofun
dida
de(m
)
0,5
1
1,5
2
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17 21 25 29 33
wnat (%)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1
1,5
2
2,5
17 21 25 29 33
wnat(%)
prof
undi
dade
(m) furo 1 furo 2
furo 3 furo 4
(a) J-1 (b) J-2
(c) J-3 (d) J-4
(e) J-5Legenda
Figura 4.1 - Variação de wnat com a profundidade.
67
Observando a forma do gráfico, nota-se que a umidade varia ao longo do dia refletindo
as alterações ambientais, no entanto, elas mantêm uma certa constância de valores de umidade
de pico e média com o período analisado. Este comportamento é influenciado pela a
temperatura, a umidade relativa e a capacidade de retenção de água ou sucção do solo.
Analisando-se os picos de máximo ou de mínimo das amostras com secagem prévia a
exceção é do solo da jazida 4, que requer 24h, todas as demais precisaram de pelo menos 48h
para estabilização da umidade. Acredita-se que seja do ponto de vista prático muito
importante, pois nos procedimentos de laboratório é comum a secagem da amostra e seu
destorroamento antes de se realizar os ensaios. Embora o ensaio realizado (secagem em
estufa) tenha submetido o solo a condições mais severas que as de preparação de amostra
(secagem ambiente), tal comportamento pode refletir em desvios de resultados de ensaios de
limites de Atterberg e da própria umidade ótima de compactação, fenômenos estes também
favorecidos pela presença de matéria orgânica. Observa-se ainda, que a menor umidade
higroscópica obtida foi para a jazida 4, enquanto para as demais, não ocorreram grandes
variações entre elas ao se considerar, por exemplo os valores médios ou os de picos de
mínimo ou de máximo.
4.2.3 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA
Foram realizados ensaios sem e com ultra-som sobre amostras obtidas da mistura e
homogeneização dos solos oriundos do conjunto de furos de sondagem 1, 2 e 3 de cada jazida.
Comparando-se os resultados das frações granulométricas resultantes dos ensaios sem e com
ultra-som, nos gráficos da Figura 4.3, percebe-se que o ultra-som gera uma redução
expressiva da fração areia em todas as amostras observadas, enquanto os teores de argila e
silte são aumentados. O menor acréscimo na fração silte foi verificado para a jazida 4, que é a
mais arenosa e também, com a menor umidade higroscópica. Estes resultados refletem o
estado de agregação do solo, a análise química, como será vista no item 4.4, mostra que o pH
que caracteriza os solos estudados é ácido e, portanto, favorável às reações de floculação e
agregação. Os valores de ∆pH sendo negativos apontam para solos pouco intemperizados e,
portanto, provavelmente poucos cimentados por óxidos e hidróxidos de ferro e de alumínio.
Os perfis granulométricos apresentados na Figura 4.3 mostram que as amostras
caracterizadas com o uso do ultra-som tendem a ser silto-arenosas, enquanto sem o uso do
ultra-som elas tendem a ser areno-siltosas. Segundo Lima (1999), a característica mais siltosa
do solo resultante do ensaio sem ultra-som é atribuída à presença de microagregações.
68
0
1
2
3
4
5
6
0 20 40 60 80Tempo (horas)
wig
rosc
ópic
a(%
)
0
1
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0 20 40 60 80Tempo (horas)
whi
gros
cópi
ca(%
)
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3
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Tempo (horas)
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0 20 40 60 80
Tempo (horas)
wig
rosc
ópic
a(%
)
amostra seca em estufa
amostra sem secagem em estufa
(a) J-1 (b) J-2
(c) J-3 (d) J-4
(e) J-5
Figura 4.2 - Umidade higroscópica.
69
0,5
1
1,5
2
2,5
0 15 30 45 60 75fração granulométrica(%)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1
1,5
2
2,5
0 15 30 45 60 75fração granulométrica(%)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1
1,5
2
2,5
0 15 30 45 60 75fração granulométrica(%)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1
1,5
2
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0 15 30 45 60 75fração granulométrica(%)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1
1,5
2
2,5
0 15 30 45 60 75fração granulométrica(%)
prof
undi
dade
(m)
areia C.U.
silte C.U.
argila C.U.
areia S.U.
silte S.U.
argila S.U.
(a) J-1 (b) J-2
(c) J-3 (d) J-4
(e) J-5
Legenda
Figura 4.3 - Perfil granulométrico do solo das jazidas com e sem ultra-som.
70
4.2.4 LIMITES DE ATTERBERG
A Figura 4.4 apresenta o Limite de Liquidez e o Índice de Plasticidade obtido para o
Furo 4 de todas as jazidas e também para a mistura de solos de furos diferentes na mesma
profundidade. A Tabela 4.1 apresenta a síntese dos limites de Atterberg obtidos para as
misturas solo-cal das jazidas 2, 3 e 5 com teores variando de 0 a 6% de cal em peso seco de
solo de amostras resultantes da mistura de solos das profundidades de 0,5 a 2,5.
A Figura 4.4 mostra para os pontos ligados, um perfil de profundidade. Para os solos
das Jazidas 1, 4 e 5, o limite de liquidez (wL) e índice de plasticidade (IP) estão variando numa
larga escala de valores com a profundidade, já para os solos das demais jazidas, a variação
embora importante é menor. Agora observando os pontos dispersos na mesma figura,
percebe-se que numa mesma profundidade há uma grande dispersão de valores de wL e IP. O
que do ponto de vista prático é importante, pois reflete a heterogeneidade do material.
Os resultados da Tabela 4.1 são extremamente importantes, pois podem estar refletindo
não só as trocas catiônicas, como também a alteração estrutural do solo, ou seja, o solo ao ser
misturado à cal (jazidas 2 e 3) passariam por um processo de defloculação à 2% e 4% de cal,
respectivamente, voltando a seguir com 6% a se flocular e/ou agregar. Este comportamento
não aparece para a jazida 5 ou pelo fenômeno não ocorrer ou por ele ocorrer com menor teor
de cal. Estes resultados podem refletir diretamente a variação de comportamento no campo
afetando aspectos ou parâmetros como a trabalhabilidade, a umidade de compactação e o peso
específico. Entende-se que mais importante que a dificuldade operacional seria definir
critérios de aceitação da mistura para a compactação ou compactada, pois se o teor de cal é
gerador dos fenômenos de agregação/desagregação ele interfere diretamente na
trabalhabilidade e compactibilidade da mistura e, portanto, no comportamento. Isto do ponto
de vista puramente físico, há que se verificar ainda as reações químicas estabilizadoras.
Como existe uma boa correlação entre wL e a umidade de moldagem das pastilhas da
metodologia MCT expedita (Figura 4.5), talvez o adequado seria realizar o ensaio para a
amostra total do solo fino no campo, e então se definir trecho a trecho da rodovia ou camada
por camada de jazida o teor ideal de cal a ser utilizado e a seguir compactar a mistura na fase
de desagregação ou agregação.
71
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
5 15 25 35 45
wL e IP(%)
prof
undi
dade
(m)0,5
1,0
1,5
2,0
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0 10 20 30 40
wL e IP(%)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
15 30 45 60 75
wL e IP(%)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
5 15 25 35 45 55 65 75
wL e IP(%)pr
ofun
dida
de(m
) 0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
5 15 25 35 45 55
wL e IP(%)
prof
undi
dade
(m)
IP - furo 4 IP
wL- furo 4 wL
(a) J-1 (a) J-2
(c) J-3 (d) J-4
(e) J-5 Figura 4.4 - Limites de Liquidez(wL) e Indice de Plasticidade.
72
0,5
1
1,5
2
2,5
20 30 40 50 60 70umidade(%)
prof
undi
dade
(m) 0,5
1
1,5
2
2,5
22 32 42 52 62
umidade(%)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1
1,5
2
2,5
20 30 40 50umidade(%)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1
1,5
2
2,5
30 40 50 60 70umidade(%)
prof
undi
dade
(m)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
18 28 38 48umidade(%)
prof
undi
dad(
m)
wnat - furo 4 mold.- furo 4
wL- furo 4 mold.- furo 1
mold.- furo 2 mold.- furo 3
(e) J-5
(e) J-3 (e) J-4
(a) J-1 (b) J-2
Figura 4.5 - Limites de Liquidez(wL), umidade de moldagem das pastilhas e umidade natural.
73
Tabela 4.1 - Limites de Atterberg para o solo natural e para as misturas solo-cal.
JAZIDAS Teor de
cal(%) wL(%) wP(%) IP(%)
0 40,3 24,7 15,6
2% 45,9 28 17,9
3% 29 19,6 9,4
4% 27,9 20,5 7,4
2
6% 40,5 31,7 8,8
0 29,7 20,6 9,1
2% 35,4 25 10,4
3% 34,7 23,4 11,3
4% 50,2 30,4 19,8
3
6% 35,4 24,5 10,9
0 61 31,8 29,1
2% 45,5 27,8 17,7
3% 44,4 24,3 20,1
4% 46,1 28,4 17,7
5
6% 37,5 27,3 10,2
4.2.5 MASSA ESPECÍFICA DOS GRÃOS
A análise da massa específica dos sólidos é importante por refletir possíveis variações
mineralógicas no perfil de solo. Os resultados dos ensaios de massa específica dos grãos
obtidos estão apresentados na Figura 4.6. Observa-se que houve uma variação ao longo do
perfil com a profundidade. Embora a quantidade de matéria orgânica e a intensidade do
intemperismo afetem os valores de ρs, a variabilidade obtida para este parâmetro não permite
tirar qualquer conclusão a respeito da sua variação com a profundidade.
4.2.6 ENSAIO MCT EXPEDITO
Os ensaios de caracterização MCT expedito foram realizados para todas as jazidas e
furos de coleta. Os resultados dos ensaios (a contração, a penetração, a resistência, a imersão e
a desagregação em água) estão apresentados nas Tabelas 4.2 a 4.4.
74
0,5
1
1,5
2
2,5
2570 2610 2650 2690ρs(kg/m3)pr
ofun
dida
de(m
)
0,5
1
1,5
2
2,5
2620 2660 2700 2740 2780ρs(kg/m3)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1
1,5
2
2,5
2640 2680 2720 2760ρs(kg/m3)
prof
undi
dade
(m)
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
2660 2680 2700 2720 2740
ρs(kg/m3)pr
ofud
idad
e(m
)
Furo 4 outros furos
(a) J-1 (b) J-2
(c) J-3 (d) J-4
(e) J-5
Legenda
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
2680 2720 2760 2800ρs(kg/m3)
pofu
ndid
ade(
m)
Figura 4.6 - Massa específica dos grãos.
75
Tabela 4.2 - Resultados dos ensaios da classificação MCT expedita – Jazida 2
Jazida 2
profundidade (m)
wmold(%)
c (mm)
P (mm) R desagregação
(após 2 horas) tabsorção
(min) Grupo MCT
0,5 - 1,0 42,2 1,5 0,0 2 desag. total 21 LA-LA´ 1,0 - 1,5 45,96 1,5 0,0 3 não desag. 40 LA-LA´ 1,5 - 2,0 57,9 1,0 0,9 3 não desag. 145 LA
Furo 1
2,0 - 2,5 39,79 2,0 4,0 2 não desag. 125 NS´/NA´ 0,5 - 1,0 39,5 2,0 3,3 3 desag. parcial 14 NA´/NS´ 1,0 - 1,5 46,2 1,2 0,0 2 desag. parcial 20 LA 1,5 - 2,0 39,3 1,2 2,3 3 não desag. 10 LA
Furo 2
2,0 - 2,5 54,8 2,1 0,0 3 desag. parcial 18 LA-LA´ 0,5 - 1,0 39,80 1,1 0 2 desag. parcial 16 LA´ 1,0 - 1,5 43,11 1,2 4 2 desag. parcial 12 NA/NS´ 1,5 - 2,0 48,49 1,1 2,67 1 desag. total 10 LA
Furo 3
2,0 - 2,5 33,21 1,7 3,3 1 desag. total 10 NA´-NS´ 0,5 - 1,0 37,75 1,5 1,0 3 desag. parcial 16 LA-LA´ 1,0 - 1,5 32,09 1,0 2,3 3 desag. parcial 4 LA 1,5 - 2,0 33,9 1,1 0,7 3 desag. parcial 14 LA
Furo 4
2,0 - 2,5 38,15 1,5 0,7 2 desag. parcial 15 LA-LA´
Tabela 4.3 - Resultados dos ensaios da classificação MCT expedita – Jazida 3
Jazida 3
profundidade (m)
wmold.(%)
c (mm)
P (mm) R desagregação
(após 2 horas) tabsorção
(min) Grupo MCT
0,5 - 1,0 32,63 1,4 2,0 3 não desag. 17 LA-LA´ 1,0 - 1,5 28,98 1,0 3,0 1 desag. total 14 LA 1,5 - 2,0 30,63 1,1 3,0 3 desag. parcial 25 LA
Furo 1
2,0 - 2,5 31,19 1,0 2,8 3 desag. parcial 20 LA 0,5 - 1,0 44,4 2,5 0,0 3 desag. parcial 40 LA´ 1,0 - 1,5 39,0 1,7 5,0 2 desag. parcial 9 NS´/NA 1,5 - 2,0 35,4 1,2 1,7 2 desag. total 15 LA
Furo 2
2,0 - 2,5 42,6 1,3 0,8 2 desag. total 4 LA´ 0,5 - 1,0 43,87 1,8 1,17 2 desag. parcial 10 NA/NS´ 1,0 - 1,5 48,83 2,2 0 2 desag. parcial 26 NA/NS´ 1,5 - 2,0 48,26 2,2 0 3 desag. parcial 25 NA/NS´
Furo 3
2,0 - 2,5 43,78 2,0 2,0 3 desag. parcial 20 LA 0,5 - 1,0 31,47 1,1 4,67 1 desag. total 3 NA/NS´ 1,0 - 1,5 27,59 1,0 4,67 1 desag. total 2 NA/NS´ 1,5 - 2,0 27,79 0,1 4,33 1 desag. total 2 NA/NS´
Furo 4
2,0 - 2,5 29,52 1,1 3,0 2 desag. total 15 LA
76
Tabela 4.4 - Resultados dos ensaios da classificação MCT expedita – Jazida 5
Jazida 5
Profundidade (m)
wmold.(%)
c (mm)
P (mm) R desagregação
(após 2 horas) tabsorção
(min) Grupo MCT
0,5 - 1,0 50,05 2,1 0 3 não desag. 39 LA-LA´ 1,0 - 1,5 56,93 2,7 0 3 não desag. 10 LA´ 1,5 - 2,0 50,3 2,1 1 3 não desag. 120 LA-LA´
Furo 1
2,0 - 2,5 50,53 2,1 0 3 desag. parcial 19 LA-LA´ 0,5 - 1,0 42,3 1,1 0,0 3 desag. parcial 30 NA´/NS´ 1,0 - 1,5 34,7 1,7 0,0 3 não desag. 12 LA-LA´ 1,5 - 2,0 38,6 1,5 0,0 3 não desag. 25 LA-LA´
Furo 2
2,0 - 2,5 42,0 1,4 0,9 3 desag. parcial 26 LA-LA´ 0,5 - 1,0 37,83 1,1 0 3 não desag. 30 LA 1,0 - 1,5 44,33 1,1 1,5 3 desag. parcial 102 LA 1,5 - 2,0 53,36 2,1 0 3 não desag. 45 LA-LA´
Furo 3
2,0 - 2,5 61,16 2,2 0 3 desag. parcial 59 LA-LA´ 0,5 - 1,0 45,84 2,4 0 3 não desag. 20 LA´ 1,0 - 1,5 52,07 3,0 0 3 desag. parcial 21 LA´ 1,5 - 2,0 52,87 2,7 0 3 desag. parcial 27 LA´
Furo 4
2,0 - 2,5 51,51 2,0 0 3 desag. parcial 17 LA-LA´
Analisando as Tabelas 4.2 a 4.4 percebe-se que a umidade de moldagem das pastilhas
e bolinhas é alta. Para os solos de comportamento laterítico, variando entre 35% e 50% e
menor para os de comportamento não lateríticos. A contração geralmente é maior e a
penetração menor nos solos de comportamento laterítico, já os de comportamento não
lateríticos apresentam pequena contração e alta penetração. Quanto à desagregação, seja
parcial ou total, ela ocorreu tanto nos solos de comportamento laterítico como nos não
laterítico. Os solos lateríticos ou não lateríticos, areias ou arenosos, embora possuindo uma
resistência a seco alta, desagregam facilmente em presença da água. A reabsorção das
pastilhas por capilaridade ocorreu num intervalo de tempo relativamente pequeno. Observa-se
que demorou um pouquinho mais nos solos da jazida 5, que em todas as amostras ensaiadas
apresentaram comportamento mais laterítico.
Os resultados da caracterização expedita trazem informações práticas de grande
relevância, a saber:
A contração maior e a penetração menor nos solos lateríticos indicam que eventuais
retrações nesses solos não seriam retomadas quando da absorção por água, ou seja, do ponto
de vista prático a cura por secagem, conforme preconizada por Nogami e Villibor (1983),
seria benéfica, pois indica que o solo tenderia a não expandir no umedecimento. Cabe
77
destacar que ao se correlacionar a umidade de moldagem com a penetração se verifica uma
tendência geral, principalmente para as jazidas 1 e 3, independentemente do solo ser laterítico
ou não, de redução da penetração com o aumento da umidade de moldagem. Como existe uma
boa equivalência entre a umidade de moldagem e o limite de liquidez, isso mostra que os
solos mais argilosos ao retraírem, não retomam o seu volume inicial quando da reabsorção.
Tais resultados corroboram com a proposta de cura de Nogami e Villibor (1983).
A desagregação verificada para os solos estudados mostra que caso as camadas da
estrutura do pavimento construídas com esses solos não sejam confinadas, sofrerão erosão de
bordo e contribuirão para a deterioração da via. A drenagem superficial eficiente se torna
também fundamental nestes solos.
A rapidez na absorção de água indica a variabilidade de umidade e, portanto, de
sucção no solo, devendo o comportamento não saturado ser levado em conta com muita
cautela.
4.2.7 CLASSIFICAÇÕES, ÍNDICE DE ATIVIDADE DE SKEMPTON E
CORRELAÇÕES GRANULOMÉTRICAS.
As classificações geotécnicas, os coeficientes de atividades de Skempton, os
agregados totais e teores de agregação e a relação silte/argila encontrado para o furo 4 estão
apresentadas nas Tabelas 4.5 a 4.9. Os índices de atividades de Skempton foram determinados
considerando-se o teor de argila nas análises granulométricas sem (S.U.) e com (C.U.) uso do
ultra-som, já para a relação silte/argila considerou-se os resultados da análise com ultra-som,
ou seja, a argila total.
Observando os tipos de solos segundo as classificações, infere-se que pela MCT
expedita os solos servem para execução de reforço do subleito e subleito compactado com
restrições, pela HRB o comportamento do solo como subleito ou estrutura de pavimento é
considerado de regular a mau e pelo SUCS as qualidades como aterro, subleito e base são
conceituados, respectivamente, como de estabilidade regular, regular a ruim e não adequado.
Já na classificação quanto à atividade coloidal, segundo Skempton (1953), os solos das
jazidas 1, 2, 3, 4 e 5 quando analisados considerando a fração argila determinada com ultra-
som caracterizam solos de atividade normal. Com isso conclui-se pelos diferentes sistemas de
classificação, que os solos tal qual se encontram não são recomendados para estruturas de
pavimento.
78
Tabela 4.5 - Caracterização da Jazida 1.
Prof. (m)
MCT expedita SUCS HRB Ia
(S.U.) Ia
(C.U.) Agregados Totais (%)
Teor de Agregação(%)
Silte/Argila (C.U.)
1,0 LA - LA´ ML A-7-6 2,7 0,9 13 66 4 1,5 LA - LA´ ML A-7-6 3,6 1,0 18 72 2 2,0 LA - LA´ MH A-7-5 4,0 1,1 15 71 3 2,5 NA`- NS´ MH A-7-5 5,9 1,8 13 70 3
Tabela 4.6 - Caracterização da Jazida 2.
prof. (m)
MCT expedita SUCS HRB Ia
(S.U.) Ia
(C.U.) Agregados Totais(%)
Teor de Agregação(%)
Silte/argila (C.U.)
1,0 LA-LA´ CL A-7-6 3,5 0,9 15 74 3 1,5 LA CL A-6 2,0 0,8 11 61 3 2,0 LA ML A-6 1,7 0,4 18 75 2 2,5 LA-LA´ CL A-6 1,4 0,5 12 61 3
Tabela 4.7 - Caracterização da Jazida 3.
prof. (m)
MCT expedita SUCS HRB Ia
(S.U.) Ia
(C.U.) Agregados Totais(%)
Teor de Agregação(%)
Silte/ Argila (C.U.)
1,0 LA-LA´ CL A-6 2,4 1,0 8 59 3 1,5 LA-LA´ CL A-7-6 1,1 0,6 6 52 4 2,0 LA CL A-6 0,8 0,3 7 60 4 2,5 LA CL A-6 3,0 0,9 11 71 4
Tabela 4.8 - Caracterização da Jazida 4.
prof. (m)
MCT expedita SUCS HRB Ia
(S.U.) Ia
(C.U.) Agregados Totais(%)
Teor de Agregação(%)
Silte/Argila (C.U.)
1,0 NS´/NA´ CL A-6 1,9 0,6 8 67 4 1,5 NA´/NS´ CL A-6 2,4 0,6 14 75 3 2,0 NS´/NA´ CL A-6 2,6 0,7 13 72 3 2,5 NA´/NS´ CL A-7-6 1,9 1,1 6 43 4
Tabela 4.9 - Caracterização da Jazida 5.
prof. (m)
MCT expedita SUCS HRB Ia
(S.U.) Ia
(C.U.) Agregados Totais(%)
Teor de Agregação(%)
Silte/Argila (C.U.)
1,0 LA-LA´ MH A-7-5 5,6 1,2 14 78 3 1,5 LA-LA´ MH A-7-5 9,3 2,2 12 76 4 2,0 LA-LA´ MH A-7-5 7,4 1,4 15 82 3 2,5 LA-LA´ MH A-7-5 8,2 1,6 16 80 3
Destaca-se ainda que ao se tentar correlacionar as classificações obtidas com os
diferentes índices, as melhores relações resultantes foram para o sistema de classificação
79
TRB. Ao se relacionar, por exemplo, o Ia (S.U.) com o Ia (C.U.) se verifica uma clara
separação dos solos do grupo A-6 daqueles do grupo A-7-5 e A-7-6, sendo que solos do grupo
A-7-5 se distanciam claramente dos demais. Portanto a classificação HRB parece uma boa
opção.
Já na classificação quanto à atividade coloidal, segundo Skempton (1953), os solos das
jazidas 1, 2, 3, 4 e 5 quando analisados considerando a fração argila determinada com ultra-
som caracterizam solos de atividade normal. Com isso conclui-se pelos diferentes sistemas de
classificação, que os solos tal qual se encontram não são recomendados para estruturas de
pavimento. Destaca-se ainda que ao se tentar correlacionar as classificações obtidas com os
diferentes índices, as melhores relações resultantes foram para o sistema de classificação
TRB. Ao se relacionar, por exemplo, o Ia (S.U.) com o Ia (C.U.) se verifica uma clara
separação dos solos do grupo A-6 daqueles do grupo A-7-5 e A-7-6, sendo que solos do grupo
A-7-5 se distanciam claramente dos demais. Portanto a classificação HRB parece uma boa
opção.
Segundo Costa (1973), a relação silte/argila é um bom indicativo do grau de
intemperismo dos materiais originais de solos bem drenados e permite também avaliar a
movimentação de argila no perfil. Sendo que segundo este autor, valores ≥ 15 definem solos
pouco evoluídos (solos novos), enquanto que valores < 15 caracterizam solos antigos e
intemperizados. Ao se analisar esta razão com relação ao teor de agregados e agregados totais,
parâmetros que também estão relacionados ao grau de intemperização do solo, percebe-se que
estão correlacionados para os solos da região de Urucu.
Em relação ao teor de agregação, todas as jazidas apresentaram valores elevados,
indicando que uma grande parte da fração argila encontra-se floculada/agregada. Quanto aos
agregados totais, os menores valores observados foram para as jazidas 3 e 4, que
apresentaram respectivamente, quantidade elevada de areia e silte, quando analisadas com e
sem ultra-som. É importante destacar que o elevado teor de matéria orgânica dos solos
regionais pode ser responsável, pelo menos, por parte da agregação presente nos solos.
4.3 CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA
Foram ensaiadas lâminas com amostras totais preparadas pelo método do pó para um
perfil completo (Furo 4), para as misturas solo-cal e solo-cimento nos teores de 3% e 6%,
ambos para os solos da jazida 5. Ensaiou-se ainda para as misturas de solos (todas as
80
profundidades) das jazidas 1, 2, 3, 4, e 5. As Figuras 4.7 a 4.10 apresentam os difratogramas
obtidos para as lâminas totais. Verifica-se em todas as jazidas a presença de quartzo, illita e
caulinita. Na Jazida 5, além dos minerais citados, também aparece a goethita. O pico do
quartzo é o mais intenso em todas as jazidas, confirmando os resultados de granulometria que
mostraram a presença de grande quantidade de areia, a seguir aparecem os picos da illita e
caulinita, que também estão presentes em todas as jazidas, sendo em intensidades
equivalentes.
Na Figura 4.8 estão apresentados os difratogramas das misturas solo-cal e solo-
cimento. Verifica-se que ao adicionar cal ao solo surgiram dois novos elementos, o carbonato
de cálcio e o gypsum. Este último é um sulfato muito comum na natureza, que pode formar
interestratrificações com calcários (Suguio, 1998). Já na mistura solo-cimento, com o teor de
3% de cimento, aparece o carbonato de cálcio e com o teor de 6%, formam-se o silicato
tricálcico e o gipsita. Segundo Pitta (1999), os silicatos por serem substâncias que contém
óxidos, têm efeito significativo no arranjo atômico, forma dos cristais e propriedades
hidráulicas.
Para correlacionar as propriedades físicas e químicas dos solos e avaliar o potencial de
estabilização, a partir dos difratogramas foram calculadas as intensidades dos picos de cada
material presente no solo natural e nas misturas. Os valores das intensidades de picos dos
minerais mais importantes estão apresentados na Tabela 4.10
Tabela 4.10 - Intensidade dos picos dos principais minerais.
LÂMINA TOTAL Jazidas quartzo illita caulinita goethita
1 8000 1000 750 0 2 7700 900 1000 0 3 5100 1000 1000 0 4 8125 750 750 0 5 8000 1062 875 812
LÂMINA TOTAL Jazida 5 Furo 4 quartzo illita caulinita goethita
0,5 a 1,0 8000 1000 750 750 1,0 a 1,5 6000 600 800 800 1,5 a 2,0 7300 1000 900 900 2,0 a 2,5 6400 1000 800 700
Observando os dados da Tabela 4.10, verifica-se que em todas as jazidas há presença
dos argilominerais illita e caulinita. Sabe-se que a illita possui capacidade de troca catiônica
81
(entre 10 a 40 meE/100g), sendo possível trocar os cátions Al3+, Mg2+ e Fe3+nas camadas
octaédricas, e ainda a substituíção do Si4+ pelo Al3+,que gerando uma valência livre pode ser
ocupada pelo íon K+. Deste modo, ao se incorporar a cal ao solo, este íon é removido e
substituído pelo Ca2+ ocasionando uma valência livre que pode agregar novas estruturas.
Quanto aos solos que contém caulinita, a tendência em melhorar as características físicas é
pouca, pois devido a baixa capacidade de troca catiônica, não possuem íons trocáveis nas
extremidades das camadas ou entre elas e além do mais, já possuem carga interior equilibrada.
Desta forma, as possibilidades de transformações químicas ficam restritas a ligações
quebradas nos bordos das folhas, expondo os íons Si2+ e Al3+ com valências a equilibrar.
As Tabelas 4.11 e 4.12 apresentam os picos de intensidades dos minerais existentes ou
formados nas misturas solo-cal e solo-cimento.
Tabela 4.11 - Intensidade dos picos dos principais minerais
Solo- cimento: LÂMINA TOTAL Teor de cimento(%) quartzo illita caulinita goethita calcite silicato
de cálcio gypsum
0 8000 1062 875 812 0 0 0 3 5200 700 700 0 600 0 0 6 4700 1000 800 800 0 500 800
Tabela 4.12 - Intensidade dos picos dos principais minerais.
Solo- cal: LÂMINA TOTAL Teor de cal(%) Quartzo illita caulinita goethita calcite gypsum
0 8000 1062 875 812 0 0 3 5600 900 900 850 1100 850 6 5800 800 750 600 500 600
Na Tabela 4.11, verifica-se que na mistura solo-cimento, o pico de quartzo diminuiu
com o aumento do teor de cimento e para a mistura com teor de 6% de cimento apareceu o
silicato de cálcio. Nas misturas solo-cal (Tabela 4.12), os picos de quartzo e illita diminuíram
com o acréscimo do teor de cal. De acordo com Guimarães et al,.(1996), dependendo das
condições físico-quimicas do local, a cal pode atacar quimicamente argilas a até o próprio
quartzo, resultando silicatos e aluminatos hidratados, isto é a ação pozolânica da cal.
82
Figura 4.7 - Difratrogramas do perfil de profundidade - Furo 4.
83
Figura 4.8 - Difratrogramas das Jazidas 1, 2, 3, e 4.
84
Figura 4.9 - Difratrogramas das misturas solo-cal e solo-cimento.
85
Figura 4.10 - Difratograma – Jazida 5.
86
4.4 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA
Os resultados de caracterização química do solo natural para um perfil completo de cada
jazida estão apresentados nas Tabelas 4.13 e 4.14.
Tabela 4.13 - Propriedades químicas de um perfil completo de solo natural das jazida 1, 2 e 3. Jazida 1 - furo 4: solo natural
Prof. pH ∆pH C.T.C. Acidez Total V Al M.O. (m) H2O KCl (mE/100ml) (mE/100ml) (%) (%) (%)
0,5 - 1,0 4,4 3,7 -0,7 14,7 14,1 4 93 10,8 1,0 - 1,50 4,6 3,6 -1 15,79 15,2 4 94 8,1 1,50 - 2,0 4,6 3,7 -0,9 14,68 14,1 4 92 8,9 2,0 - 2,50 4,7 3,7 -1 13,64 13,1 4 93 7,6
Jazida 2 - furo 4: solo natural Prof. pH ∆pH C.T.C. Acidez Total V Al M.O. (m) H2O KCl (mE/100ml) (mE/100ml) (%) (%) (%)
0,5 - 1,0 4,6 3,7 -0,9 8,97 8,4 6 88 6,5 1,0 - 1,50 4,8 3,8 -1 6,87 6,2 10 87 6,9 1,50 - 2,0 4,7 3,7 -1 10,98 10,5 4 92 8,4 2,0 - 2,50 4,7 3,7 -1 9,59 9 6 91 6,4
Jazida 3 - furo 4: solo natural Prof. pH ∆pH C.T.C. Acidez Total V Al M.O. (m) H2O KCl (mE/100ml) (mE/100ml) (%) (%) (%)
0,5 - 1,0 4,9 3,8 -1,1 13,79 5,4 13 83 6,9 1,0 - 1,50 4,9 4 -0,9 11,73 4 16 79 10,1 1,50 - 2,0 4,8 3,9 -0,9 14,63 4 14 78 8,1 2,0 - 2,50 4,6 3,7 -0,9 14,76 9 5 91 7,7
Tabela 4.14 - Propriedades químicas de um perfil completo de solo natural das jazida 4 e 5.
Jazida 4 - furo 4: solo natural Prof. pH ∆pH C.T.C. Acidez Total V Al M.O. (m) H2O KCl (mE/100ml) (mE/100ml) (%) (%) (%)
0,5 - 1,0 4,7 3,7 -1 7,75 7,2 7 88 9,1 1,0 - 1,50 4,7 3,7 -1 6,75 6,2 8 88 8,1 1,50 - 2,0 4,6 3,7 -0,9 7,17 6,7 7 90 6,9 2,0 - 2,50 4,6 3,8 -0,8 7,66 7,2 6 91 6,2
Jazida 5 - furo 4: solo natural Prof. pH ∆pH C.T.C. Acidez Total V Al M.O. (m) H2O KCl (mE/100ml) (mE/100ml) (%) (%) (%)
0,5 - 1,0 4,5 3,6 -0,9 13,79 13,1 5 92 10,0 1,0 - 1,50 4,7 3,7 -1 11,73 11,3 4 94 9,6 1,50 - 2,0 4,8 3,8 -1 14,63 14,1 4 93 10,8 2,0 – 2,50 4,9 3,7 -1,2 14,76 14,1 4 93 10,3
87
Os valores da CTC mostrados nas Tabelas 4.13 e 4.14 são relativamente baixos e
compatíveis com a mineralogia do solo. Já o teor de matéria orgânica é elevado, podendo de
acordo com Costa (1973) ser classificado como medianamente alto (5 a 7) e alto (7 a 15). Em
função da saturação de bases (%V), a EMBRAPA classifica os solos: %V < 50 (baixa
saturação); %V ≥ 50 (alta saturação). Então, observando-se os valores das saturações de bases
classifica-se os solos como de baixa saturação (%V < 50), indicando que são intemperizados.
Os valores de pH, medidos em água destilada (1:2.5) e em solução de KCl 1N (1:1),
variaram respectivamente nos intervalos de 4,4 a 4,9 e 3,6 a 3,9, caracterizando solos ácidos.
Segundo Raij et al., (1987), citado por Lima (2003), solos com pH < 4 indicam presença de
ácidos livres.
A diferença de pH (∆pH = pHKCl - pHH2O) sendo negativa para todas as jazidas e
profundidades indica que predominam nos solos as argilas silicatadas (o que concorda com a
análise mineralógica) e que a quantidade de alumínio trocável é elevada. Rezende (2004), cita
Gu (1988) que comprovou que solos que contém alumínio geram comportamento mecânico
melhor quando estabilizados com cal, ferro e alumínio.
A Tabela 4.15 apresenta as propriedades químicas obtidas para as misturas solo-cal
das jazidas 2, 3 e 5. Cabe lembrar que os solos utilizados correspondem às misturas obtidas
para cada jazida.
Dos dados da Tabela 4.15 observa-se que ao adicionar cal ao solo, ocorre aumento de
pH tornando-o alcalino, a quantidade de bases trocáveis aumenta (principalmente em cálcio),
aumenta a CTC e ocorre redução expressiva da quantidade de hidrogênio e alumínio livre,
sendo que o teor de alumínio tornou-se nulo. Para as amostras das Jazidas 2 e 3 a CTC atinge
valor máximo para 3% e 4% de cal respectivamente. A amostra da jazida 5 não atingiu
valores de pico de CTC mas o seu aumento reduz-se bastante a partir de 4% de cal.
Observando os valores da saturação de bases (%V) percebe-se que são elevados, indicando
que as misturas solo-cal estão com alta saturação, portanto, com grande quantidade de bases
solúveis e menor quantidade de hidrogênio adsorvido pelos colóides do solo. E também
indicando que o processo de acidificação natural é rápido, de maneira que para a região de
estudo tornam-se favoráveis às reações pozolânicas devido ao clima quente e úmido e, ainda,
que as misturas serão poucos intemperizadas. Em geral, não houve redução da quantidade de
matéria orgânica, indicando que a cal não reagiu com ela.
88
Tabela 4.15 Propriedades químicas da mistura solo-cal para as jazidas 2, 3 e 5. Jazida 2: solo – cal
% de pH ∆pH C.T.C. Acidez Total V Al M.O. cal H2O KCl (mE/100ml) (mE/100ml) (%) (%) (%) o 4,7 3,5 -1,2 11,6 10,5 5 91 6,9 2 9,7 8,8 -0,9 19,87 8,6 57 0 10,5 3 11,5 10,8 -0,7 24,33 10,7 56 0 6,5 4 12 11,8 -0,2 21,44 11,3 47 0 6,9 6 11,4 10,5 -0,9 17,87 9,4 47 0 9,5
Jazida 3: solo - cal % de pH ∆pH C.T.C. Acidez Total V Al M.O. cal H2O KCl (mE/100ml) (mE/100ml) (%) (%) (%) 0 4,8 3,7 -1,1 8,95 8,4 6 89 7,1 2 11,3 11,2 -0,1 22,27 1,1 67 0 11,9 3 11,7 11,5 -0,2 31,95 1,3 74 0 7,9 4 12,1 12,0 -0,1 36,1 1,4 75 0 9,8 6 12,6 12,3 -0,3 34,73 1,6 73 0 9,5
Jazida 5: solo - cal % de pH ∆pH C.T.C. Acidez Total V Al M.O. cal H2O KCl (mE/100ml) (mE/100ml) (%) (%) (%) 0 4,7 3,7 -1 13,73 13,15 4,2 93 10,17 2 10,5 10 -0,5 19,44 9,3 52 0 6,9 3 11,6 11,3 -0,3 23,99 10,5 56 0 7,1 4 12,3 12,1 -0,2 40,71 11,7 71 0 7,2 6 12,8 12,7 -0,1 45,95 12,4 73 0 6,7
A Tabela 4.16 apresenta os resultados de análise química das misturas solo-emulsão,
solo-cimento, solo-emulsão-cal e solo-emulsão-cimento para o solo da jazida 5.
Verifica-se na Tabela 4.16 que ao se incorporar emulsão ao solo, se afeta muito pouco
as propriedades químicas. Ocorreu apenas uma pequena diminuição na CTC e na acidez total,
o pH sofreu ligeira redução e a quantidade de matéria orgânica praticamente não variou. A
saturação de bases sofreu ligeiro aumento e a saturação de alumínio elevou-se bruscamente.
Quando se adicionou cimento ao solo, também aconteceu um aumento de pH do meio
tornando-o alcalino, porém com valores pouco inferiores aos obtidos com os mesmos teores
de cal, ocorreu ainda aumento da CTC, aumento na saturação de bases, diminuição dos íons
Al3+ e H+ trocáveis (redução a zero), acréscimo na matéria orgânica e decréscimo da acidez
total, não sendo possível explicar. Ao se acrescentar 3% de cal ou de cimento ao solo
contendo 2% de emulsão, o pH, a CTC, a saturação de bases (%V) e a matéria orgânica
89
elevaram-se, porém, a acidez total e a saturação por alumínio (%Al) diminuíram. Estes
resultados obtidos são muito similares aos encontrados com as misturas solo-cal e solo-
cimento, mostrando que a emulsão não reage ou afeta as reações químicas do solo com cal e
cimento. Então, a incorporação de cal ou cimento proporciona o aumento da saturação de
bases e o consumo total dos íons Al3+ e H+ trocáveis, gerando modificações gradativas do pH
de ácido para alcalino.
Tabela 4.16 - Propriedades químicas das mistura solo-emulsão, solo-cimento e solo-emulsão-cal /e ou cimento para a jazida 5.
Jazida 5: solo-emulsão
% de pH ∆pH C.T.C. Acidez Total V Al M.O. Emulsão H2O KCl (mE/100ml) (mE/100ml) (%) (%) (%)
0 4,7 3,7 -1 13,73 13,15 4,2 93 10,17 1 4,8 3,8 -1 11,57 10,5 9 80 8,4 2 4,8 3,7 -1,1 12,26 11,3 8 83 8,4 3 4,1 3,7 -0,4 12,17 11,3 7 84 8,1
Jazida 5: solo -cimento % de pH ∆pH C.T.C. Acidez Total V Al M.O.
cimento H2O KCl (mE/100ml) (mE/100ml) (%) (%) (%) 0 4,7 3,7 -1 13,73 13,15 4,2 93 10,17 3 11,2 10,9 -0,3 24,94 0,82 97 0 9,6 6 11,7 11,2 -0,5 31,36 0,78 98 0 11,9
Jazida 5: solo-emulsão-cal e solo-emulsão-cimento 2% de pH ∆pH C.T.C. Acidez Total V Al M.O.
emulsão H2O KCl (mE/100ml) (mE/100ml) (%) (%) (%) 3% cal 11,7 11,4 -0,3 16,06 0,81 95 0 13,1
3% cimento 11,1 10,9 -0,2 24,57 0,83 97 0 15,5 4.5 CARACTERIZAÇÃO MICRO-ESTRUTURAL
A análise microestrutural foi realizada a partir do microscópio eletrônico de varredura
(MEV) tendo sido as amostra metalizadas com o uso de carbono. As análises foram feitas
apenas sobre o solo da jazida 5 compactado estaticamente nas condições de umidade ótima e
peso específico aparente seco máximo. A opção por analisar esta jazida deveu-se ao fato de
ter sido ela a mais estudada quanto à estabilização química.
90
A Figura 4.11 mostra que o solo natural compactado apresenta formas agregadas de tamanho
variável sendo as mesmas em grande parte desfeitas e formando uma massa mais uniforme no
processo de compactação. Os elementos agregados apresentam arestas e são disformes.
Figura 4.11 - MEV do solo natural.
Ao se adicionar 2% de cal (Figura 4.12) observa-se uma maior porosidade na mistura
compactada com presença de agregados bem definidos e mais uniformes. Aparentemente a cal
estaria em um primeiro instante proporcionando a desagregação do solo para agrega-lo em
seguida na forma de elementos menores e mais arredondados. Com 6% de cal (Figura 4.13)
observa-se o aumento da porosidade e do fenômeno de agregação.
A adição de 2% de emulsão ao solo proporcionou o aparecimento de macroposidade
mais uniforme formando agregações de maior dimensão (Figura 4.14). No entanto, ao se
adicionar tanto 3% de cal (Figura 4.15) como 3% de cimento (Figura 4.16) o solo tende a se
aproximar das estruturas observadas para o solo com cal e com cimento diminuindo a
influência da emulsão.
91
Figura 4.12 - MEV do solo estabilizado com 2% de cal.
Figura 4.13 - MEV do solo estabilizado com 6% de cal.
92
Figura 4.14 - MEV do solo estabilizado com 2% de emulsão.
Figura 4.15 - MEV do solo estabilizado com 2% de emulsão mais 3% de cal.
93
Figura 4.16 - MEV do solo estabilizado com 2% de emulsão mais 3% de cimento.
4.6 COMPORTAMENTO MECÂNICO
4.6.1 COMPACTAÇÃO
Sabendo-se que os solos tropicais são quase sempre sensíveis a processo de secagem
(Camapum et al., 1985). Levando-se em consideração o fato de que os estudos de laboratório
são realizados sobre amostras destorroadas, pré-secas em condições ambientes, e que no
campo o solo é utilizado no estado natural, quando muito submetido a pequenas variações de
umidades, decidiu-se estudar a influência da pré-secagem na forma da curva de compactação.
Os ensaios foram realizados com reuso da amostra, utilizando-se a energia da compactação
dinâmica tipo Proctor intermediária.
A Figura 4.17 mostra para as jazidas 1, 2, 3 e 5, que ao se comparar as curvas de
compactação do solo com pré-secagem com as obtidas para o solo seco ou umedecido em
relação à umidade natural, a pré-secagem resultou em valores de umidade ótima e peso
específico aparente seco. Nas jazidas 2 e 5 ocorreu ainda, o deslocamento da linha ótima para
a direita quando da pré-secagem.
94
13,5
14,5
15,5
16,5
17,5
18,5
12 15 18 21 24 27 30w (%)
γd (k
N/m
3)compactação com secagem:J-1compactação natural:J-1
14,5
15,5
16,5
17,5
18,5
6 9 12 15 18 21 24 27w(%)
γd(k
N/m
3)
compactação com secagem:J-2compactação natural:J-2
13,5
14,5
15,5
16,5
17,5
18,5
6 9 12 15 18 21 24 27 30 33w(%)
γd(k
N/m
3)
compactação com secagem:J-3compactação natural:J-3
12
13
14
15
16
17
12 15 18 21 24 27 30w(%)
gd(k
N/m
3)
Compactação com secagem:J-5compactação natural:J-5
(a) J-1 (b) J-2
(c) J-3 (d) J-4 Figura 4.17 - Curvas de compactação dinâmica com pré-secagem (natural) e com secagem.
A Figura 4.18 mostra ainda que apenas o solo da jazida 5, que contém goethita,
apresenta sem secagem valores distintos em menor peso específico aparente seco, embora as
umidades ótimas também variaram entre elas.
95
Estes resultados do ponto de vista prático são bastante importante, pois mostram que
se adotadas como referência curva de compactação obtida por pré-secagem o solo não é
compactado nas condições ideais de umidade e peso específico aparente seco.
12
13
14
15
16
17
18
19
6 9 12 15 18 21 24 27 30w(%)
d(kN
/m3)
compactação com secagem:J-1 compactação natural:J-1compactação com secagem:J-2 compactação natural:J-2compactação com secagem:J-3 compactação natural:J-3Compactação com secagem:J-5 compactação natural:J-5
Figura 4.18 - Curvas de compactação dinâmica das jazidas 1, 2, 3 e 5.
Os gráficos da Figura 4.19 são exemplos de curvas de compactação obtidas pelos
processos de compactação dinâmico e estático para efeito de comparação. Percebe-se que há
uma boa correspondência entre as formas das curvas de compactação e valores para a
umidade ótima e densidade seca máxima são bastante semelhantes. Cabe lembrar que a
energia de compactação estática foi definida compactando-se o solo na umidade ótima e peso
específico máximo da curva de compactação dinâmica e a partir dessa energia compactou-se
os demais pontos estaticamente. Portanto, com base na semelhança entre as curvas de
compactação estima-se que os solos estudados não sofram influência do tipo de compactação,
pelo menos para os dois modos analisados.
96
14,5
15,0
15,5
16,0
16,5
15 18 21 24 27w(%)
d(kN
/m3)
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
12 15 18 21 24w(%)
d(kN
/m3)
compactação dinâmica compactação estática
(a) (b)
Figura 4.19 - Curvas de compactação dinâmica e estática, nas energias (a) Normal e (b)
Intermediária obtidas para a jazida 2 e 5, respectivamente.
Os gráficos das Figuras 4.20 a 4.23 mostram as curvas de compactação para o solo natural e
para as diversas misturas.
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
12 15 18 21 24w(%)
d(kN
/m3)
14,5
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
12 15 18 21 24w(%)
γd(k
N/m
3)
solo natural solo-cal 3% solo-cal 6%
(a) (b) Figuras 4. 20 - Curvas de compactação nas energias (a) Normal e (b) Intermediária - jazida 2.
97
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
13 16 19 22 25w(%)
γd(k
N/m
3)
14,5
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
13 16 19 22 25w(%)
γd(k
N/m
3)
(a) (b)
solo natural solo-cal 3% solo-cal 6%
Figura 4.21 - Curvas de compactação nas energias (a) Normal e (b) Intermediária - jazida 3.
A compactação da mistura solo-cal, segundo a literatura (Guimarães, 1971) produz em
geral, pela atuação da cal na textura do solo, umidade ótima e peso específico aparente seco
menor que os do solo natural. Observando as Figuras 4.20a, 4.20b, 4.21a, 4.21b e 4.22a,
verifica-se que tal comportamento não pode ser generalizado. Para a jazida 2 observa-se uma
redução da umidade ótima. No entanto para 3% de cal o peso específico aparente seco
máximo foi maior do que o do solo natural e para 6% eles se aproximaram. Já para a jazida 3,
tanto para 3% de cal como para 6%, apesar do menor valor verificado para 6%, os valores de
peso específico aparente seco máximo foram maiores que os obtidos para o solo natural e
mantendo-se a linha ótima. Para o solo da jazida 5 ocorreu o previsto na literatura, ou seja, a
incorporação da cal gerou a redução do peso específico aparente seco máximo em relação aos
valores obtidos para o solo natural, sem que no entanto, a umidade ótima sofresse grandes
alterações. Observando as mesmas figuras percebe-se que houve uma diminuição do peso
específico aparente seco máximo com o aumento do teor de cal.
A Figura 4.22b mostra para o solo da jazida 5 que o aumento na quantidade de
cimento acarretou uma diminuição do peso específico aparente seco e um pequeno
deslocamento da linha ótima para a esquerda. Para os teores de cal e cimento adotados o peso
específico dos grãos ponderado considerando-se o solo e o aditivo químico é pouco afetado.
Sendo assim, o deslocamento da linha ótima para a esquerda, em ambos os casos, se deve
provavelmente à oclusão dos poros e geração prematura de pressão neutra positiva. Para o
98
caso do cimento, a manutenção da linha ótima para 3% e 6% indica que a distribuição de
poros de um teor se manteve e no outro ocorrendo no entanto, uma maior dificuldade de
compactação do solo com 6% de cimento. A redução do peso específico aparente seco
máximo concorda com a microestrutura mais porosa verificada para essas misturas no MEV.
15
16
17
18
12 15 18 21 24w(%)
d(kN
/m3)
14,5
15,5
16,5
17,5
18,5
9 12 15 18 21w(%)
γd(k
N/m
3)
solo natural 70%s+30%af80%s+20%af 90%s+10%afsolo natural
solo natural 70%s+30%ag80%s+20%ag 90%s+10%ag
15
16
17
18
12 15 18 21 24 27 30
w(%)
γd(k
N/m
3)
14,5
15,5
16,5
17,5
10 15 20 25 30w(%)
γd(k
N/m
3)
solo natural solo-cimento 3%solo-cim. 6%
solo natural solo-cal 3%solo-cal 6%
(a) (b)
(c) (d) Figura 4.22 - Curvas de compactação na energia Intermediária - jazida 5.
99
15,00
16,00
17,00
18,00
10 13 16 19 22 25w(%)
γd(k
N/m
3)
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
12 15 18 21 24 27w(%)
γd(k
N/m
3)
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
12 15 18 21 24 27w(%)
γd(k
N/m
3)
(c) (d)
(a) (b)
solo natural solo-emulsão 2%solo-cal 6% solo-cimento 6%
solo natural solo-emulsão 2%
solo-cal 3% solo-cimento 3%
solo naturalsolo-emulsão 2%solo+2%em.+3%calsolo+2%em.+3%cim.
solo naturalsolo-emulsão 2%solo+2%em.+6%calsolo+2%em.+6%cim.
14,50
15,50
16,50
17,50
12 15 18 21 24 27 30w(%)
γd(k
N/m
3)
Figura 4.23 - Curvas de compactação na energia Intermediária - jazida 5.
100
Nas Figuras 4.22c e 4.22d verifica-se que na mistura solo-areia fina e solo-areia grossa
ocorreram acréscimos de peso específico aparente seco máximo à medida que se aumentou a
proporção de areia, sendo este aumento mais expressivo na mistura solo-areia grossa. Cabe
destacar, no entanto, que o maior ganho para a areia grossa ocorreu apenas para os 10%
iniciais passando a ganhos semelhantes nos intervalos dos demais teores. Quanto à umidade
ótima das misturas, verifica-se que ela diminuiu em relação à do solo natural tendendo, no
entanto a manter-se na linha ótima.
As Figuras 4.23a e 4.23b mostram que o peso específico aparente seco máximo das
misturas com cal, cimento e emulsão diminuiu em relação ao do solo natural, sendo mais
nítido este efeito no solo-cal. Quanto à umidade ótima, somente não aumentou no solo-
cimento 3% (diminuiu) e no solo-cal 6% (permaneceu constante).
Observando-se as Figuras 4.23c e 4.23d, verifica-se que os teores 3% e 6% de cal e
cimento quando misturados ao solo com 2% de emulsão resultaram em peso específico
aparente seco máximo menores que o do solo natural. Comparando-se as curvas das misturas
de solo-emulsão com cal e com cimento às do solo-emulsão percebe-se que com os teores de
3% e 6% de cimento ocorreram respectivamente, acréscimo e decréscimo do peso específico
aparente seco em relação ao solo-emulsão, e com a cal observa-se somente diminuição
independentemente do teor adicionado. Destaca-se, no entanto, que enquanto o peso
específico aparente seco máximo diminuiu ao passar de 3% para 6% de cimento, com a cal ele
é mantido nos dois teores. Cabe lembrar que sem a presença da emulsão o aumento do teor de
cal tende a reduzir o valor deste índice (Figuras 4.23a e 4.23b). Quanto à umidade ótima
observa-se que ela diminuiu em relação a do solo emulsão nos teores de 3% e 6% de cimento
e 6% de cal e manteve-se semelhante no teor de 3% de cal.
Das Figuras 4.21, 4.22 e 4.23 pode-se inferir que o peso específico aparente seco
máximo do solo natural é maior que os das misturas solo-emulsão, solo-cal e solo-cimento, o
que concorda com as análises micro-estruturais. Ao se comparar as Figuras 4.23a e 4.23b com
as Figuras 4.23c e 4.23d verifica-se que a presença da emulsão proporciona a redução no peso
específico aparente seco máximo apenas da mistura com 3% de cimento gerando aumento nos
demais casos. Já a umidade ótima só não é mantida para 6% de cimento caso em que ela se
reduz. Portanto, embora a emulsão não tenda a contribuir para a melhoria da trabalhabilidade
em termos de redução do teor de umidade, ela tende a proporcionar ganho de peso específico.
Um outro aspecto a ser considerado é o relativo a sua aparente interferência na microestrutura.
101
Embora as análises químicas se fundamentem em um único experimento para cada
amostra, sendo então passíveis de erro devido à própria variabilidade do solo, entretanto
algumas observações relevantes podem ser feitas.
Quando da adição de cal ou cimento ao solo o ∆pH diminui se aproximando de zero e o
pH e a CTC aumentam. Destas observações apenas a primeira não é bastante difundida.
Quando da adição de emulsão, as propriedades químicas do solo são pouco afetadas
registrando-se pequena redução de pH e aumento de CTC. No entanto, quando além da
emulsão se adiciona cal ou cimento observa-se uma redução importante da acidez total e da
CTC. Para todas as misturas contendo cal ou cimento o teor de alumínio é totalmente
consumido nas reações químicas. As análises químicas corroboram com os resultados de
compactação e análises micro-estruturais. Assim por exemplo, a redução do pH no solo-
emulsão contribui para a sua maior agregação proporcionando a redução do peso específico
aparente seco máximo e a formação de uma estrutura caracterizada pela presença de
macroporos bem distribuídos. A redução da CTC e da acidez total quando da presença da
emulsão no solo estabilizado com cal e cimento minimiza o efeito destes aditivos
proporcionando resultados de compactação e microestrutura intermediários.
4.6.2 CBR
As Figuras 4.24 a 4.33 apresentam as correlações entre os resultados de CBR e a
umidade (w), a saturação (Sr), a sucção mátrica (pF) e a relação sucção mátrica/índice de
vazios (pF/e) para o solo natural e para as misturas estabilizadas das jazidas 2, 3 e 5. Os
resultados apresentados nestas figuras foram obtidos compactando-se entre 10 a 15 amostras
em umidade e peso específico predefinidos para cada jazida e condição de estabilização.
Procurou-se, salvo em casos específicos, realizar esta compactação a mais próxima possível
da condição ótima. Após a compactação as amostras eram submetidas à secagem ou
umedecimento até atingir a umidade desejada sendo em seguida armazenada em câmara
úmida por 14 dias para determinação da sucção pela técnica do papel filtro. Em seguida
determinava-se o CBR, o peso específico pelo método da parafina e o teor de umidade final
de cada corpo de prova.
As Figuras 4.24 (a, b, c e d) e 4.25(a e b) mostram para a jazida 2, que o aumento de
CBR com o teor de cal em análises convencionais, em função de parâmetros como o teor de
umidade, grau de saturação e sucção só se sobressaiu para 6% de cal, e mesmo neste caso,
com maior ênfase apenas para teores de umidade maiores que 20%. O comportamento dos
102
solos depende, no entanto, da sucção e da porosidade, embora a sucção dependa também da
porosidade e do teor de umidade. Interferem ainda no comportamento as forças de contato,
estas ligadas à porosidade. Sendo assim, a análise do comportamento mecânico levando-se em
conta a sucção e o índice de vazios torna-se relevante. As Figuras 4.25c e 4.25d obtidas
plotando-se o CBR versos a relação pF/e, mostram com maior clareza que o CBR aumenta
com o teor de cal. Estas figuras mostram que na prática se um solo for compactado a um
determinado peso específico aparente seco seu CBR aumentará com o teor de cal para uma
mesma sucção, ou seja, a cal age aumentando a capacidade de suporte do solo e ainda que o
aumento da sucção promove um acréscimo de CBR para os teores analisados. Fixado o CBR
desejado pode-se então buscar o par de valore “pF” e “e” exeqüíveis no campo, sendo ainda
possível avaliar se na umidade de equilíbrio esta condição seria mantida ou qual seria a perda.
15
25
35
45
55
65
75
85
95
0 5 10 15 20w(%)
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25
w(%)
CB
R(%
)
15
25
35
45
55
65
75
85
95
0 20 40 60 80 100Sr(%)
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100Sr(%)
CB
R(%
)
(a) (b)
(c) (d)
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3% solo-cal 4% solo-cal 6%
Figura 4.24 - CBR x w e CBR x Sr das misturas solo-cal nas energias Normal (a) e (c) e
Intermediária (b) e (d) - jazida 2.
103
0
20
40
60
80
100
4 6 8 10 12pF/e
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
3 5 7 9 11 13
pF/e
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
1 3 5 7pF
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
3 5 7pF
CB
R(%
)
(c) (d)
(a) (b)
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3% solo-cal 4% solo-cal 6%
Figura 4.25 - CBR x pF e CBR x pF/e das misturas solo-cal nas energias Normal (a) e (c) e
Intermediária (b) e (d)– jazida 2.
As Figuras 4.26(a, b, c e d) e 4.27(a e b) obtidas para os resultados dos ensaios
realizados sobre a amostra proveniente da jazida 3, confirmam as análises feitas para a jazida
2. Ficando evidenciado, no entanto, que para esta jazida a influência da cal nos resultados de
CBR (Figuras 4.27c e 4.27d) só fica melhor evidenciado a partir de 4% de cal.
104
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25
w(%)
CBR
(%)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100Sr(%)
CBR
(%)
(a) (b)
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25
w(%)
CBR
(%)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Sr(%)
CBR
(%)
(c) (d)
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3% solo-cal 4% solo-cal 6%
Figura 4.26 - CBR x w e CBR x Sr das misturas solo-cal nas energias Normal (a) e (c) e
Intermediária (b) e (d)– jazida 3.
105
0
20
40
60
80
100
2 3 4 5 6pF
CBR
(%)
0
20
40
60
80
100
3 5 7 9 11pF/e
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6pF
CBR
(%)
0
20
40
60
80
100
3 8 13pF/e
CBR
(%)
(a) (b)
(c) (d)
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3% solo-cal 4% solo-cal 6%
Figura 4.27 - CBR x pF e CBR x pF/e das misturas solo-cal nas energias Normal (a) e (c) e
Intermediária (b) e (d)– jazida 3.
106
A Figura 4.28 obtida para a jazida 5 compactada estaticamente na energia
correspondente ao Proctor Intermediário, mostra que se os resultados forem analisados
simplesmente em função da umidade, do grau de saturação ou da sucção não se verifica
qualquer melhoria do solo com a adição de cal. O gráfico do CBR versus grau de saturação
chega a mostrar o contrário, ou seja, a redução do CBR com a adição de cal. No entanto, a
análise em termos de pF/e mostra que ocorre no solo da jazida 5 uma melhoria significativa
da capacidade de suporte com a adição de cal, inclusive ordenando o ganho em função do
aumento do teor de cal.
0
20
40
60
80
100
3 5 7 9 11 13
pF/e
CBR
(%)
0
20
40
60
80
100
2 3 4 5 6
pF
CBR
(%)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Sr(%)
CBR
(%)
(c) (d)
(a) (b)
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25
w(%)
CB
R(%
)
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3% solo-cal 4% solo-cal 6%
Figura 4.28 - (a) CBR x w, (b) CBR x Sr, (c) CBR x pF e (d) CBR x pF/e das misturas solo-
cal na energia Intermediária - jazida 5.
107
O gráfico CBR versus grau de saturação mostra a redução do CBR com o aumento do
teor de emulsão. Camapum de Carvalho et al. (2000a) mostra, no entanto, que no caso de
solos estabilizados com emulsão esta deve ser considerada como fluido e não como sólido.
Neste caso ao se incorporar à emulsão no teor de umidade (Figura 4.29a) e no cálculo do grau
de saturação (Figura 4.22b), se verifica que em função da umidade e do grau de saturação
ocorre uma aproximação dos resultados obtidos para o solo estabilizado em relação ao solo
natural, o que contribui para mostrar a importância da análise em termos de pF/e.
A Figura 4.30 mostra para o solo-emulsão um comportamento que se aproxima do
verificado para o solo-cal só sendo destacado ganho, embora menor, no gráfico CBR versus
pF/e. Já no gráfico CBR versus sucção fica clara a redução da capacidade de suporte com o
pF ao acrescentar emulsão. Esta constatação pode ser regionalmente importante, pois
minimiza o efeito da sucção no comportamento do solo aditivado com emulsão
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30
w(%)
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100Sr(%)
CB
R(%
)
(a) (b)
solo natural 1% emulsão2% emulsão 3% emulsão
Figura 4.29 - (a) CBR x w, (b) CBR x Sr, das misturas solo-emulsão para a jazida 5.
108
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100Sr(%)
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25w(%)
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
3 6 9 12
pF/e
CB
R
0
20
40
60
80
100
2 3 4 5 6pF
CB
R
(a) (b)
(d)(c)
solo natural solo-emulsäo 1%
solo-emulsäo 2% solo-emulsäo 3%
Figura 4.30 - (a) CBR x w, (b) CBR x Sr, (c) CBR x pF e (d) CBR x pF/e das misturas solo-
emulsão na energia Intermediária - jazida 5.
Os resultados mostrados nas Figuras 4.31 e 4.32 têm grande importância prática, pois
mostra que para os teores de areia incorporados ao solo não ocorre qualquer ganho ou perda
de resistência em função da umidade, do grau de saturação, da sucção ou de pF/e uma vez
109
mantidos estes parâmetros. Sendo assim apenas as variações de peso específico para uma
mesma energia poderão provocar alteração na resistência. A Figura 4.33 mostra que as
estabilizações granulométricas, apesar de resultar num maior peso específico aparente seco
não aumentam o valor da capacidade de suporte de solo.
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Sr(%)
CBR
(%)
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
w(%)
CBR(
%)
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25
w(%)
CBR
(%)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Sr(%)
CB
R(%
)
solo natural S70+AF30S80+AF20 S90+AF10
(d)(c)
(b)(a)
solo natural S70+AG30S80+AG20 S90+AG10
Figura 4.31 - CBR x w e CBR x Sr das misturas solo-areia na energia Intermediária - jazida 5.
110
0
20
40
60
80
100
4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
pF
CBR
(%)
0
20
40
60
80
100
4,0 4,5 5,0 5,5
pFCB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
6 8 10 12
pF/e
CBR
(%)
solo natural S70+AF30S80+AF20 S90+AF10
solo natural S70+AG30S80+AG20 S90+AG10
0
20
40
60
80
100
4 6 8 10 12 14
pF/e
CB
R
(a) (b)
(c) (d)
Figura 4.32 - CBR x pF e CBR x pF/e das misturas solo-areia na energia
Intermediária - jazida 5.
A Figura 4.34 apresenta os resultados obtidos para o solo da jazida 5 estabilizado com
3% e 6% de cimento Portland. Nos gráficos de CBR em função da umidade (a), grau de
saturação (b) e sucção (c) não fica evidenciada a influência deste aditivo no comportamento
do solo. No entanto o gráfico do CBR em função de pF/e (4.34d) mostra que a capacidade de
suporte do solo aumenta com o teor de cimento.
111
0
20
40
60
80
100
16 17 18 19 20
γd(kN/m3)
CBR
(%)
solo natural S70+AF30 S80+AF20 S90+AF10
S70+AG30 S80+20AG S90+AG10
Figura 4.33 - CBR x γd das misturas solo-areia na energia Intermediária - jazida 5.
A Figura 4.35 apresenta comparativamente os resultados obtidos com os diferentes
tipos de estabilizantes químicos utilizados. Os gráficos apresentados mostram a influência dos
aditivos no CBR só fica bem evidenciada quando de sua análise em função de pF/e. Neste
gráfico se observa que 2% de emulsão proporciona uma certa melhoria no comportamento do
solo. Ao se adicionar cal e cimento a esta mistura verifica-se uma melhoria suplementar no
comportamento do solo não havendo grande diferença entre os dois aditivos. Embora a
influência da emulsão não seja marcante quando da adição do cimento, percebe-se que no
caso da cal ela inibe as reações gerando valores de CBR um pouco inferiores.
As Figuras 4.36a (CBR x w) e 4.36b (CBR x pF/e) apresentam os resultados de CBR
obtidos para o solo natural da jazida 3 compactado na energia intermediária nas umidades de
16,4%, 19,3% e 20,5%. Nas Figuras 4.36c (CBR x w) e 4.36d (CBR x pF/e) estão
apresentados os resultados da mistura solo-cal 6% compactada nas umidades 15,4%, 17%,
18,5% e 22,4%. Enquanto para o solo natural pode ser dito que a umidade de compactação
para os teores analisados praticamente não interferiu nos resultados de CBR ficando as
variações situadas dentro da dispersão do ensaio, para o solo-cal se verifica que o solo
compactado com umidade próxima ou superior a ótima (18,5% e 22,4%) se destacou do
demais apresentando um melhor comportamento.
112
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20w(%)
CBR
(%)
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100Sr(%)
CB
R(%
)
20
40
60
80
100
3 4 5 6pF
CBR
(%)
20
40
60
80
100
5 8 11 14pF/e
CBR
(%)
solo natural solo-cimento 3% 6% cimento
(a) (b)
(c) (d) Figura 4.34 - (a) CBR x w, (b) CBR x Sr (c) CBR x pF e (d) CBR x pF/e das misturas solo-
cimento na energia Intermediária - jazida 5.
113
solo natural 2%Em+3% cal2% Em+3%cimento solo-cimento 3%solo-emulsão 2% solo-cal 3%
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25w(%)
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100Sr(%)
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
3 4 5 6pF
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
3 6 9 12pF/e
CB
R(%
)
(a) (b)
(c) (d) Figura 4.35 - (a) CBR x w, (b) CBR x Sr (c) CBR x pF e (d) CBR x pF/e das diversa misturas
na energia Intermediária - jazida 5.
114
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
w(%)
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
5 7 9 11pF/e
CB
R(%
)
(a) (b)
(c) (d)
w=16,4% w=19,3% w=20,5%
0
20
40
60
80
100
3 5 7 9
pF/e
CB
R(%
)
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25w(%)
CB
R(%
)
w=15,4% w=17%w=18,5% w=22,4%
(c) (d)
Figura 4.36 - Influência da umidade de compactação no CBR (a) e (b) solo natural, (c) e (d)
solo-cal – Jazida 3.
115
0
20
40
60
80
100
7 8 9 10 11pF/e
CBR
(%)
solo naturalsolo-emulsão-calsolo-emulsão-cimentosolo-emulsão 2%
0
20
40
60
80
100
7 8 9 10 11pF/e
CB
R(%
)
S90 +AG10 S80+AG20S70+AG30 solo naturalS90+AF10 S80+AF20S70+AF30
0
20
40
60
80
5 7 9 11pF/e
CB
R(%
)solo-cal 2% solo-cal 3%solo-cal 4% solo-cal 6%solo natural
0
20
40
60
80
100
7 8 9 10 11pF/e
CB
R(%
)
solo natural solo-cimento 3%solo-cal 3% solo-emulsão 2%
(a) (b)
(c) (d)
Figura 4.37 - Comparação dos CBR das diversas estabilizações – Jazida 5.
A Figura 4.37 mostra os resultados de CBR versus pF/e para todas as estabilizações
estudadas. Observando-a, percebemos que o valor do CBR pode ser colocado em ordem
crescente, assim: solo natural, solo-areia, solo-emulsão, solo-cal, solo-cimento, solo-emulsão-
cal e solo-emulsão-cimento.
4.6.3 PESO ESPECÍFICO APARENTE SECO
As Figuras 4.38 a 4.41 mostram os resultados do peso específica aparente seco para o
solo natural e para as misturas das jazidas 2, 3 e 5. Os resultados se referem a solos
116
compactados em torno da umidade ótima e submetidos a variações de umidade seguidas de 14
dias de cura.
A Figura 4.38 mostra para a jazida 2 que o peso específico aparente seco obtido para a
mesma energia estática e umidade de compactação diminui com o aumento do teor de cal. Já
para a jazida 3 (Figura 4.39) ocorreu um aumento de peso específico para 4% de cal e uma
redução para 6% quando a amostra foi compactada na energia equivalente ao Proctor normal.
Para a energia equivalente ao Proctor intermediário apenas para 6% de cal se verificou uma
redução no peso específico ficando os demais teores em torno do peso específico obtido para
o solo natural. O comportamento do solo da jazida 5 estabilizado com cal e compactado com
energia estática equivalente ao Proctor intermediário foi semelhante ao obtido para o solo da
jazida 2, ou seja o peso específico diminuiu com o teor de cal (Figura 4.40a).
14
15
16
17
18
19
0 5 10 15 20 25w(%)
d(kN
/m3)
15
16
17
18
0 5 10 15 20w(%)
d(kN
/m3)
(a) (b)
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3% solo-cal 4% solo-cal 6%
Figura 4.38 - Peso específica aparente seco nas energias (a) Normal e
(b) Intermediária – Jazida 2.
117
15
16
17
18
0 5 10 15 20 25
w(%)
d(kN
/m3)
14,5
15,5
16,5
17,5
18,5
0 5 10 15 20 25
w
d(kN
/m3)
(a) (b)
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3% solo-cal 4% solo-cal 6%
Figura 4.39 - Peso específica aparente seco nas energias (a) Normal e
(b) Intermediária – Jazida 3.
Segundo Lucena et al., (1983), a adição de até 2% de emulsão produz um aumento no
peso específico, pois a emulsão funciona como aglutinante e lubrificante. No entanto, a Figura
4.31b mostra que para o solo da jazida 5, compactado estaticamente com energia equivalente
ao Proctor Intermediário, ocorreu a redução no peso específico aparente seco quando da
incorporação de emulsão (Figura 4.40a).
Quanto à influência da incorporação de areia sobre o peso específico aparente seco,
verifica-se (Figuras 4.40c e 4.40d) que 10% de areia grossa ou fina proporcionaram a redução
deste índice físico enquanto a incorporação de 20% e 30% de areia grossa gerou o seu
aumento e os mesmos teores de areia fina não o afetaram.
118
14
15
16
17
18
19
0 5 10 15 20 25w(%)
γd(k
N/m
3)
14
15
16
17
18
19
0 5 10 15 20 25w(%)
γd(k
N/m
3)
(a) (b)
15,5
16,5
17,5
18,5
19,5
0 5 10 15 20 25
w(%)
γd(k
N/m
3)
16,5
17,5
18,5
19,5
0 5 10 15 20
w(%)
γd(k
N/m
3)
(c) (d)
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3%solo-cal 4% solo-cal 6%
solo natural S70+AG30S80+AG20 S90+AG10
solo natural solo-emulsäo 1%
solo-emulsäo 2% solo-emulsäo 3%
solo natural S70+AF30S80+AF20 S90+AF10
Figura 4.40 - Peso específica aparente seco na energia Intermediária – Jazida 5.
A Figura 4.41a mostra que o peso específico aparente seco diminui com o aumento do
teor de cimento. Observando-se a Figura 4.41b, verifica-se que o peso específico aparente
seco do solo natural é superior ao obtido para todas as misturas com aditivos químicos sendo
que para os teores analisados este índice diminui na seguinte ordem: solo natural, solo-
cimento, solo-emulsão-cal, solo-emulsão-cimento, solo-emulsão e solo-cal.
119
(a) (b)
solo natural 2%Em+3% cal2% Em+3%cimento solo-cimento 3%solo-emulsão 2% solo-cal 3%
14,5
15,5
16,5
17,5
18,5
0 5 10 15 20 25w(%)
γd(k
N/m
3)
15,5
16,5
17,5
18,5
0 5 10 15 20w(%)
γd(k
N/m
3)solo natural solo-cimento 3% 6% cimento
Figura 4.41 - Peso específica aparente seco na energia Intermediária – Jazida 5.
4.6.4 CURVA CARACTERÍSTICA
O conhecimento da curva característica do solo tem grande importância no estudo do
comportamento mecânico dos solos não saturados (prever o comportamento do solo frente a
uma variação de umidade, a expansão, a tensão cisalhante), uma vez que este depende
diretamente da sucção mátrica.
Nesta pesquisa as curvas características do solo natural e das misturas estão
representadas em termos de pF (logaritmo da sucção em centímetro de coluna d`água) versus
a umidade (w) e do produto índice de vazios e sucção (expF) versus o grau de saturação (Sr).
As curvas sucção (pF) versus grau de saturação (Sr) estão apresentadas no Anexo A. A
representação em termos de expF foi proposta por Camapum de Carvalho e Lerroueil (2000b),
buscando facilitar e integrar os aspectos físicos e químicos dos solos não saturados tendo sido
denominada de curva característica transformada.
Nas Figuras 4.42 a 4.46 estão apresentadas as curvas características convencionais e
transformadas para os solos das jazidas 2, 3 e 5. Dada a existência de uma certa dispersão nos
resultados, optou-se pela representação das curvas apenas por pontos, sem que os mesmos
fossem ligados entre si.
As Figuras 4.42a e 4.42b mostram para a jazida 2 ser difícil definir a influência do teor
de cal na curva característica representada em termos de pF versus teor de umidade. No
120
entanto, a representação em termos de expF versus o grau de saturação fica claro, para as
energias equivalentes ao Proctor Normal e Intermediário, que a sucção para um mesmo grau
de saturação aumenta com o teor de cal (Figuras 4.42c e 4.42d). Observa-se ainda, que
aumentando o valor da entrada de ar e da saturação residual, ocorre um incremento na rigidez
do solo (Martínez, 2003).
1,5
2,5
3,5
0 20 40 60 80 100
Sr(%)
expF
(a)
(c)
1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
0 5 10 15 20 25
w(%)
pF
2,5
3,5
4,5
5,5
0 5 10 15 20
w(%)
pF
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Sr(%)
expF
(b)
(d)
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3% solo-cal 4% solo-cal 6%
Figura 4.42 - Curvas características nas energias (a) e (c) Normal e (b) e (d) Intermediária –
jazida 2.
121
As Figuras 4.43c e 4.43d, mostram para a jazida 3, que nos gráficos expF versus grau
de saturação apenas 6% de cal proporciona o aumento de expF para o mesmo grau de
saturação, sendo que nos demais casos ocorre a sua redução com o aumento do teor de cal.
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25w(%)
pF
2
3
4
0 20 40 60 80 100Sr(%)
expF
(a) (b)
(c) (d)
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25
w(%)
pF
1,5
2,5
3,5
4,5
0 20 40 60 80 100Sr(%)
expF
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3% solo-cal 4% solo-cal 6%
Figura 4.43 - Curvas características nas energias (a) e (c) Normal e (b) e (d) Intermediária –
jazida 3.
Para a jazida 5 observa-se nas Figuras 4.44a e 4.44b que mesmo para pF em função da
umidade ocorre o aumento da sucção com a incorporação de cal e emulsão. Este aumento fica
mais claro quando do traçado dos gráficos expF versus grau de saturação (Figuras 4.44c e
4.44d). Observa-se que o teor de 2% de emulsão é o que mais se aproxima da sucção do solo
natural.
122
2,0
3,0
4,0
5,0
0 5 10 15 20 25w(%)
pF
1,5
2,5
3,5
4,5
0 20 40 60 80 100Sr(%)
expF
2,5
3,5
4,5
5,5
0 5 10 15 20 25w(%)
pF
1,5
2,5
3,5
0 20 40 60 80 100Sr(%)
expF
(c) (d)
solo natural solo-emulsäo 1%
solo-emulsäo 2% solo-emulsäo 3% solo natural solo-cal 2% solo-cal 3%
solo-cal 4% solo-cal 6%
(a) (b)
Figura 4.44 - Curvas características das misturas solo-cal e solo-emulsão: (a) e (c) pF x w e
(b) e (d) ep F x Sr – jazida 5.
As Figuras 4.45a e 4.45b mostram que o cimento aumenta a sucção do solo da jazida
5, sendo que embora no gráfico de pF versus umidade não fique claro a influência do seu teor,
no gráfico expF versus grau de saturação verifica-se que ao se passar de 3% para 6% de
cimento ocorre um ligeiro aumento deste parâmetro. Ao se analisar a Figura 4.45d, se verifica
que os aditivos químicos para os teores estudados geram o aumento de expF para um mesmo
grau de saturação na seguinte ordem: solo natural, solo-emulsão, solo-emulsão-cal e solo-
emulsão-cimento, solo-cimento e solo-cal.
123
1,5
2,5
3,5
0 20 40 60 80 100
Sr(%)
expF
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25w%)
pF
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
0 5 10 15 20
w(%)
pF
1,5
2
2,5
3
3,5
0 20 40 60 80 100
Sr(%)ex
pF
solo natural solo-cimento 3% 6% cimento
(a) (b)
(c) (d)
solo natural 2%Em+3% cal 2% Em+3%cimentosolo-cimento 3% solo-emulsão 2% solo-cal 3%
Figura 4.45 - Curvas características das misturas solo-cimento e diversa: (a) e (c) pF x w e (b)
e (d) expF x Sr – jazida 5.
A análise da influência da adição de areia na curva característica é facilitada quando
da análise em termos de expF em função do grau de saturação (Figura 4.46). Neste caso
observa-se que para a incorporação de 10% areia grossa ocorre aumento de expF enquanto
para os demais teores ocorre redução semelhante deste produto. Já para a areia fina se tem um
aumento de expF para 10% de areia, para 20% os resultados são semelhantes aos do solo
natural e para 30 % eles são inferiores.
124
1,5
2,0
2,5
3,0
0 20 40 60 80 100
Sr(%)
expF
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
0 5 10 15 20
w(%)
pF(b)(a)
(d)
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
0 5 10 15 20 25
w%)
pF
(c)
1,5
2,0
2,5
3,0
0 20 40 60 80
Sr(%)
expF
solo natural S70+AF30S80+AF20 S90+AF10
solo natural S70+AG30S80+AG20 S90+AG10
Figura 4.46 - Curvas características das misturas solo-areia grossa e fina – jazida 5.
As Figuras 4.47a (pF x w) e 4.47b (expF x Sr) apresentam as curvas características
obtidas para o solo natural da jazida 3 compactado na energia intermediária nas umidades de
16,4%, 19,3% e 20,5%. Nas Figuras 4.47c (pF x w) e 4.47d (epF x Sr) estão apresentadas as
curvas características para misturas com 6% de cal e umidades de compactação de 15,4%,
17%, 18,5% e 22,4%. Enquanto para o solo natural a umidade de compactação para os teores
analisados basicamente não interferiu na forma da curva característica, para o solo-cal se
verifica para graus de saturação superiores a 40% que os valores de expF aumentam com a
umidade de compactação. Dois fatores podem ter contribuído para que graus de saturação
inferior a 40 % não tenham sido verificadas alterações nas curvas características, o primeiro
diz respeito ao fato da cura à baixa umidade inibir as reações químicas e o segundo estaria
125
ligado ao fato de que normalmente para estes níveis de sucção (pF > 4) ela está atuando no
interior dos agregados, e portanto, com interferência limitada da ação química da cal.
1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
0 5 10 15 20 25w(%)
pF
1,5
2,5
3,5
4,5
0 20 40 60 80 100Sr(%)
expF
11,5
22,5
33,5
4
0 20 40 60 80 100Sr(%)
expF
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25
w(%)
pF
(a) (b)
(c) (d)
w=15,4% w=17%w=18,5% w=22,4%
w=16,4% w=19,3% w=20,5%
Figura 4.47 - Influência da umidade de compactação na curva característica – Jazida 3.
Observando as curvas características apresentadas percebemos que são bem
verticalizadas, típicas de solos arenosos. O valor de entrada de ar é mais bem definido para o
solo estabilizado. Segundo Martínez (2003), o solo estabilizado gera diferentes níveis de
associação entre as partículas: inicialmente dessatura os macroporos e a seguir os microporos.
Ainda, as estabilizações solo-cal foram mais significativa na elaboração de uma estrutura com
dois níveis estruturais, dessaturando os macroporos e depois os microporos, dentro das
concreções e associações formadas.
126
4.7 ENSAIO DE PERDA DE MASSA POR IMERSÃO
Os resultados dos ensaios de perda de massa por imersão para os solos das jazidas 2 e
3 estão apresentados nas Tabelas 4.17 e 4.18 e nos gráficos da Figura 4.48. Eles mostram que
a incorporação de cal pode proporcionar a eliminação da perda de massa por imersão pelo
menos para o caso em que o solo for compactado próximo a umidade ótima. Para o solo da
jazida 2 chega-se a este resultado com 3% de cal e para o solo da jazida 3 com 2%.
Tabela 4.17 - Resultados de ensaio de perda de massa por imersão – Jazida 2.
solo natural 2% de cal 3% de cal 4% de cal 6% de cal w(%) Pi(%) w(%) Pi(%) w(%) Pi(%) w(%) Pi(%) w(%) Pi(%) 18,7 7,09 19,61 0 18,9 0 18,2 0 18,2 0 20,8 9,05 19,4 3,51 19,1 0 18,2 0 18,2 0
Tabela 4.18 - Resultados de ensaio de perda de massa por imersão – Jazida 3.
solo natural 2% de cal 3% de cal 4% de cal 6% de cal w(%) Pi(%) w(%) Pi(%) w(%) Pi(%) w(%) Pi(%) w(%) Pi(%) 18,3 2.43 21,3 0 17 0 15,3 0 18,7 0 20,9 6,78 21,3 0 17 0 15,3 0 18,7 0
Figura 4.48 - Perda de Massa por Imersão do solo natural (a) Jazida 2 e (b) Jazida 3.
Dos resultados apresentados nas Tabelas 4.19 e 4.20 e nas Figuras 4.48a e 4.48b
verifica-se que na mistura solo-cal compactada na umidade próxima da ótima e teores
crescentes de cal a perda de massa por imersão é significativamente reduzida quando
comparada com a do solo natural. Para os solos naturais, dependendo do teor de umidade de
compactação ela pode assumir valores importantes.
(a)
6
9
12
15
15 18 21 24w(%)
Pi(%
)
solo natural
(b)
258
1114172023
14 17 20 23w(%)
Pi(%
)
127
A Figura 4.49 apresenta os resultados obtidos para os solos da jazida 5. Para este solo
é destacada a importância da umidade de compactação para os resultados de perda de massa
por imersão. Das Figuras 4.49a, 4.49b, 4.49c e 4.49d percebe-se que na umidade próxima da
ótima, a perda de massa por imersão em quase todas as misturas é praticamente nula. Nota-se
uma melhoria considerável deste parâmetro em relação ao solo natural, com exceção da
mistura solo-10% de areia grossa. Cabe destaque ainda o fato de que a compactação no ramo
seco é susceptível de gerar perda de massa por imersão para praticamente todas as misturas
excetuando-se o solo-emulsão e o solo cimento, embora neste último caso ocorra uma certa
perda para umidades de compactação superiores à ótima.
Figura 4.49 - Perda de Massa por Imersão do solo natural e das misturas - Jazida 5.
(a)
-30369
121518
12 15 18 21 24w(%)
Pi(%
)
solo natural solo-cal 2%solo-cal 3% solo-cal 4%solo-cal 6% solo-emulsão 2%
(d)
-3
0
3
6
9
12
15
18
12 15 18 21 24 27 30w(%)
Pi(%
)
solo natural 2%em+3%cal2%em+3%cimento solo-emulsão 2%
(b)
-3
0
3
6
9
12
15
18
12 15 18 21 24w(%)
Pi(%
)
solo natural S70%+AF30%S80%+AF20% S90%+AF10%
(c)
-30369
121518
12 15 18 21 24 27 30w(%)
Pi(%
)
solo natural solo-cimento 3%solo-cimento 6% solo-cal 6%solo-cal 3%
128
4.8 ENSAIO DE DESAGREGAÇÃO
O ensaio de desagregação foi realizado em corpos de prova compactados na energia
equivalente a intermediária. Para as jazidas 2, 3 e 5 foram compactados corpos de prova do
solo natural e das misturas solo-cal nos teores de 2%, 3%, 4% e 6% de cal. Para a jazida 5
foram ainda ensaiados corpos de prova compactados das misturas solo-areia, solo-cimento,
solo-emulsão, solo-emulsão-cal e solo-emulsão-cimento. Os ensaios foram realizados em
condições de imersão parcial e total conforme descrito no Capítulo 3 Materiais e Métodos.
As duas metodologias resultaram na imersão total dos corpos de prova. Geralmente,
levam a resultados distintos, pois enquanto no primeiro caso se tem apenas a sensibilidade do
solo à inundação, no segundo aparecem pressões neutras positivas na fase ar sendo esta
responsável pela desagregação quando é atingida a coesão real do solo oriunda ou não da
presença de cimentação.
Este ensaio foi realizado em corpos de prova compactados do solo natural das jazidas
2, 3 e 5, nas misturas solo-cal nos teores de 2%, 3%, 4% e 6% para as jazidas 2, 3 e 5 e nas
misturas solo-areia, solo-cimento, solo-emulsão e solo-emulsão-cal e solo-emulsão-cimento
para a jazida 5.
Os resultados das observações que podem ser tiradas deste ensaio, nas condições de
imersão parcial e total, no período de 24h estão apresentados nas Tabelas 4. 19 a 4.23.
Os resultados apresentados mostram que o solo natural das três jazidas analisadas não
suporta a inundação por períodos longos (Tabelas 4.19, 4.20 e 4.21), devendo a rodovia neste
caso permanecer bem drenada. Para as misturas solo-cal, na jazida 2 fraturou após 24 horas na
imersão por etapa (2%) e total (2 e 3%) (Tabela 4.21), na jazida 3 apresentou fraturas apenas
na imersão total por 24 horas (4%) (Tabela 4.20) e na jazida 5 apresentou fraturas com 4% de
cal (Tabela 4.21).
Tabela 4.19 - Resultados do ensaio de desagregação nas misturas solo-cal – Jazida 2.
Imersão por Etapas solo natural % de cal do C.P.de altura h 2% 3% 4% 6
Base intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 1/3 intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 2/3 intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 3/3 intacta intacta intacta intacta intacta
Após 24 horas desag. total fraturas intacta intacta intacta Imersão Total Após 24 horas fraturas grandes fraturas fraturas intacta intacta
129
Tabela 4.20 - Resultados do ensaio de desagregação nas misturas solo-cal – Jazida 3.
Imersão por Etapas solo natural % de cal do C.P.de altura h 2% 3% 4% 6%
Base intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 1/3 intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 2/3 intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 3/3 intacta intacta intacta intacta intacta
Após 24 horas fraturas intacta intacta intacta intacta Imersão Total Após 24 horas fraturas intacta intacta fraturas intacta
Tabela 4.21 - Resultados do ensaio de desagregação nas misturas solo-cal e solo-cimento –
Jazida 5.
Imersão por Etapas solo natural % de cal % de cimento do C.P.de altura h 2% 3% 4% 6% 3% 6%
Base intacta intacta intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 1/3 intacta intacta intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 2/3 intacta intacta intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 3/3 intacta intacta intacta intacta intacta intacta intacta
Após 24 horas fraturas intacta intacta intacta intacta abatimento intacta Imersão Total Após 24 horas fraturas intacta intacta fraturas intacta abatimento intacta
Nos ensaios de desagregação da mistura solo-cimento, percebe-se que ao final de 24h,
ocorreu abatimento da amostra para 3% de cimento, tanto no ensaio de imersão por etapas
quanto na imersão total, no entanto, a mistura com 6% de cimento resistiu muito bem a
imersão (Tabela 4.21).
Tabela 4.22 - Resultados do ensaio de desagregação nas misturas solo-emulsão – Jazida 5.
Imersão por Etapas % de emulsão 2% de emulsão + do C.P.de altura h 1% 2% 3% 3% cal 3% cimento
Base intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 1/3 intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 2/3 intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 3/3 intacta intacta intacta intacta intacta
Após 24 horas fraturas fraturas fraturas intacta fraturas Imersão Total Após 24 horas fraturas fraturas fraturas intacta fraturas
130
Tabela 4.23 - Resultados do ensaio de desagregação nas misturas solo-areia – Jazida 5.
Imersão por Etapas solo+%areia grossa solo+%areia fina do C.P.de altura h 30 20 10 30 20 10
Base intacta intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 1/3 intacta intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 2/3 intacta intacta intacta intacta intacta intacta Nível d’àgua a 3/3 intacta intacta intacta intacta intacta intacta
Após 24 horas intacta fraturas intacta fraturas fraturamento fraturamento Imersão Total Após 24 horas abatimento fraturas dispersão fraturas intacta dispersão
Na Tabela 4.22, verifica-se que tanto na imersão por etapas quanto na total, ao final do
período de observação às amostras contendo emulsão fraturaram.
Das anotações contidas na Tabela 4.23, vê-se que ao final da observação aconteceu
dispersão, abatimento ou fraturas nas misturas solo-areia, evidenciando que este tipo de
mistura é muito sensível à presença permanente de água.
4.9 CORRELAÇÃO ENTRE PROPRIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS,
MINERALÓGICAS E MECÂNICAS.
Neste item serão apresentadas correlações das propriedades químicas com as físicas e
mecânicas. Das análises químicas realizadas para os perfis do furo 4 de todas as jazidas se
observou pequena e aleatória variação dos parâmetros com a profundidade. Para o pH medido
em água e em KCl obteve-se respectivamente valores médios de 4,7 e 3.7 com ∆pH em torno
de -1. Estes dados mostram solos ácidos e pouco intemperizados, nele predominando os
argilominerais
As Figuras 4.50a, 4.50b e 4.50d mostram como esperado que a plasticidade do solo
aumenta com a capacidade de troca catiônica (CTC). A Figura 4.50c mostra que o limite de
liquidez aumenta com a acidez total. Estas foram as correlações entre a plasticidade e as
propriedades químicas que mais se destacaram.
131
Figura 4.50 - Correlação entre propriedades químicas e físicas do solo natural.
Sabe-se que o pH é um parâmetro extremamente importante para o comportamento do
solo interferindo nos processos de defloculação/floculação e nas forças de repulsão entre
partículas de argila sendo por isso bastante utilizado na análise dos processos de estabilização.
A Figura 4.51 mostra a relação entre as propriedades pH (a) e a CTC (b) e os teores de
cal e cimento utilizados nas misturas para os solos das jazidas 2, 3 e 5 Tanto para o solo-cal
como para o solo-cimento se observa uma tendência a estabilização do pH a partir de 3% a
4% de aditivo. Já para a CTC tal comportamento só foi verificado para o solo-cal.
(a)
y = 3,561e0,022x
R2 = 0,7138
0
5
10
15
20
20 30 40 50 60 70wL(%)
CTC
(mE/
100m
l)
(c)
y = 0,2048x + 0,3502R2 = 0,7514
0
5
10
15
20
20 30 40 50 60 70wL(%)
A. t
otal(
mE/
100m
l)
(b)
y = 0,5949x - 5,4356R2 = 0,8932
2
6
10
14
18
15 20 25 30 35wP
CTC
(mE/
100m
l)
(d)
y = 0,0407x1,6931
R2 = 0,82680
5
10
15
20
15 25 35 45
IP(%)
CTC
(mE/
100m
l)
132
3
6
9
12
15
0 2 4 6Teor de cal ou cimento(%)
pH(K
Cl)
(b)
0
10
20
30
40
50
0 2 4 6Teor de cal ou cimento(%)
CTC
(mE/
100m
l)
02468
101214
0 2 4 6Teor de cal ou cimento(%)
A. t
otal
(mE/
100m
l)
(a) (b)
(c)
J-2:cal J-3:calJ-5:cal J-5:cimento
Figura 4.51 - Correlação entre propriedades químicas e os teores cal e cimento.
A Figura 4.52 mostra que a emulsão praticamente não afeta o pH e a CTC do solo
gerando apenas pequena redução de pH e aumento da CTC. Já ao se adicionar cal ou cimento
se verifica um aumento dos dois parâmetros.
A Figura 4.53 apresenta os resultados dos limites de Atterberg para as misturas solo-
cal. Estes resultados caracterizam uma mudança de comportamento entre 3 e 4% de cal, ou
seja, até 3% wl e wp tendem a diminuir, depois aumenta para 4% e volta a diminuir em
seguida. Uma tentativa de explicação deste comportamento seria que a adição da cal gera uma
redução da plasticidade do solo, no entanto, por volta de 3% estaria ocorrendo a desagregação
do solo liberando partículas de argila para as trocas catiônicas e provocando
momentaneamente o aumento da plasticidade que volta a cair em seguida com a adição de um
teor mais elevado de cal.
133
9
12
15
18
21
24
27
0 1 2 3
Teor de emulsão+cal ou emulsão(%)
CTC
(mE/
100m
l)
0
2
4
6
8
10
12
0 1 2 3
Teor de emulsão+cal ou cimento(%)
Aci
dez
Tota
l(mE/
100m
l)
3
6
9
12
0 1 2 3Teor de emulsão+cal ou cimento(%)
pH(K
Cl)
(c)
(a) (b)
2% emulsão 2%em.+3%(cal ou cimento)
Figura 4.52 - Correlação entre pH e os teores emulsão + cal ou cimento.
Figura 4.53 - Correlação entre propriedades físicas e químicas para as misturas solo-cal.
(b)
18
22
26
30
34
0 2 4 6Teor de cal(%)
wP(
%)
(a)
20
30
40
50
60
70
0 2 4 6Teor de cal(%)
wL(
%)
J-2 J-3 J-5
134
Na Figura 4.54 estão apresentadas às correlações entre a acidez total e o teor de
agregação e os agregados totais. Verifica-se que quanto mais ácido é o solo maior é o teor de
agregação e a percentagem de agregados totais.
(a)
y = 1,3352e0,0277x
R2 = 0,39943
5
7
9
11
13
15
40 60 80 100
Teor de Agregação(%)
Acid
ez T
otal(
mE/
100m
l)
(b)
y = 0,841x0,9566
R2 = 0,5637
3
6
9
12
15
18
0 5 10 15 20
Agregados Totais(%)A
cidez
Tot
al(m
E/10
0ml)
Figura 4.54 - Correlações entre (a) Teor de Agregação, (b) Agregados Totais e Acidez Total.
A Figura 4.55 mostra a relação obtida entre os valores de CBR e o teor de cal
considerando-se a umidade ótima e na umidade de compactação. O resultado diferente obtido
para a jazida 3 concorda com a diferenciação observada nos resultados de plasticidade(Figura
4.53).
20
30
40
50
60
70
0 2 4 6
Teor de cal(%)
CB
R(%
)
0
10
20
30
40
50
0 2 4 6
Teor de cal(%)
CB
R(%
)
(a) (b)
J-5 J-2 J-3
Figura 4.55 - CBR x Teor de cal (a) na umidade ótima e (b) na umidade de compactação.
135
Na Figura 4.56 estão apresentadas algumas correlações entre as propriedades químicas
e físicas do solo natural. As Figuras 4.56a e 4.56c mostram, como esperado, que o índice de
atividade do solo depende diretamente de suas propriedades químicas, pois este depende da
plasticidade (Figura 4.50) e da granulometria (Figuras 4.57b e 4.57d) ambos também ligados
às propriedades químicas.
Figura 4.56 - Correlações entre propriedades físicas e químicas, para o solo natural.
As correlações entre as propriedades mineralógicas e as demais propriedades dos solos
estão apresentadas nas figuras seguintes. A Figura 4.57 representa a intensidade dos picos dos
minerais em função da profundidade para um perfil dos solos da jazida 5 (furo 4) e para a
mistura de solos para as jazidas 1, 2, 3, 4 e 5.
(d)
y = 0,1349x1,4669
R2 = 0,5373
2
46
8
10
1214
16
10 15 20 25argila(%)
A. t
otal(
mE/
100m
l)
(a)
y = 0,0887x1,589
R2 = 0,6602
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
3 6 9 12 15 18CTC(mE/100ml)
Ia(S
U)
(c)
y = 17,744x-1,0093
R2 = 0,4948
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
0 5 10 15 20V(%)
Ia(S
U)
(b)
y = 57,877e-0,0294x
R2 = 0,5674
3035404550556065
3 6 9 12 15 18
V(%)
(%) s
ilte(S
U)
136
Observando a Figura 4.57a, percebe-se que em todas as jazidas estão presentes os
mesmos argilosminerais: illita, caulinita e quartzo. Já a Figura 4.57b representando os picos
de intensidades dos minerais contidos em um furo completo da jazida 5, mostra as
intensidades dos picos de da illita e da caulinita são equivalentes. Quanto ao quartzo, verifica-
se que pela intensidade dos picos ele é predominante em todas as jazidas, confirmando os
resultados da análise granulométrica apresentados anteriormente.
0,5
1
1,5
2
2,5
500 2000 3500 5000 6500 8000
pico dos minerais
prof
undi
dade
(m)
quartzo illitacaulinita goethita
1
2
3
4
5
750 2250 3750 5250 6750 8250
picos dos minerais
nº d
as ja
zida
s
quartzo illita caulinita
(b)(a)
Figura 4.57 - Picos dos minerais (a) mistura de solos de um furo (jazidas 1, 2, 3, 4 e 5) e (b)
perfil completo (J-5).
A Figura 4.58 apresenta as correlações entre propriedades químicas e os picos dos
principais argilosminerais presentes nos solos.
As Figuras 4.58a e 4.58b, mostram que a capacidade de troca catiônica e acidez são
basicamente determinadas pelos argilosminerais do solo, visto que os picos e estas
propriedades químicas estão fortemente correlacionados. E ainda quando se analisa o pH
determinado na solução normal de cloreto de potássio verifica-se que este é também função
dos argilominerais (Fig. 4.58c). É possível destacar que os óxidos de ferro contribuem
também na geração da acidez do meio (Fig. 4.58d).
137
(b)(a)
y = -0,0238x + 56,28R2 = 0,9858
8,5
9,5
10,5
11,5
12,5
13,5
14,5
15,5
1700 1800 1900 2000 2100
picos (illita+caulinita)
CTC
(mE/
100m
l)y = -0,0265x + 60,282
R2 = 0,7821
6,5
7,5
8,5
9,5
10,5
11,5
12,5
13,5
14,5
1700 1800 1900 2000 2100
picos (illita+caulinita)
A. T
otal(
mE/
100m
l)
y = 0,0013x + 2,6737R2 = 0,9474
3,55
3,6
3,65
3,7
3,75
3,8
3,85
700 750 800 850 900 950picos de caulinita
pH(K
Cl)
y = 0,0007x + 3,16R2 = 0,5143
3,55
3,6
3,65
3,7
3,75
3,8
3,85
500 700 900 1100
picos de goethita
pH(K
Cl)
(d)(c)
Figura 4.58 - Correlação entre propriedades químicas e mineralógicas: (a) CTC x picos
(illita+caulinita) e (b) Acidez Total x picos (illita+caulinita), (c) pH (KCl) x picos de caulinita
e (d) pH(KCl) x picos goethita.
138
5 CONCLUSÕES 5.1 CONCLUSÕES
A caracterização física dos solos das jazidas estudadas mostra uma certa heterogeidade
entre elas e mesmo no interior de cada uma tanto espacialmente como em perfil. Já a
caracterização mineralógica mostrou que a exceção da jazida 5 que contém também goethita,
os solos estudados são qualitativamente semelhantes e compostos principalmente de quartzo,
caulinita e ilita. Quimicamente trata-se de solos bastante ácidos com capacidade de troca de
cátions relativamente baixa. As correlações das caracterizações físicas, química e
mineralógica mostraram-se importantes na avaliação do potencial de estabilização do solo
permitindo estimar o teor adequado.
O estudo de umidade higroscópica mostrou que o reumidecimento do solo só é
atingido após 72 horas, o que requer precaução na realização de ensaios uma vez que os
resultados de laboratório podem ser distintos dos de campo como no caso da compactação.
Embora a classificação MCT expedita não mereça destaque no presente estudo, os
resultados dos ensaios de caracterização desta metodologia mostraram-se como uma
ferramenta eficiente na avaliação preliminar dos solos regionais para fins rodoviários.
Quanto à compactação três aspectos merecem destaque: a semelhança das curvas de
compactação dinâmica e estática, a influência da pré-secagem do solo no peso específico
aparente seco máximo e na umidade ótima e a tendência à redução do peso específico
aparente seco com o tratamento químico e aumento com a adição de areia.
A análise da capacidade de suporte (CBR) em função do cociente entre a sucção em
pF e o índice de vazios mostrou-se como um metodologia aparentemente mais eficiente na
avaliação do comportamento do solo sendo as conclusões a seguir fundamentadas nestes
gráficos.
Os resultados de capacidade de suporte das estabilizações com cal para as 3 jazidas
estudadas apresentaram resultados diferentes. Para as estabilizações químicas dos solos das
jazidas 2 e 5 verifica-se a tendência do CBR aumentar com o teor de cal. Já para a jazida 3 só
se verifica ganho para o teor 6%.
Na estabilização com cimento verificou-se para a jazida estudada (jazida 5), que o
CBR aumenta com o teor de cimento.
139
Para o tratamento com emulsão verifica-se uma tendência ao aumento do CBR, sem
que, no entanto, seja proporcional ao teor de emulsão, cabendo destaque a importância de se
considerar a emulsão como fluido nas análises de solos estabilizados. Ao se incorporar cal ou
cimento ao solo-emulsão se verifica pequena melhoria de comportamento melhoria esta
inferior à obtida com os mesmos tratamentos sem o uso de emulsão.
Ao adicionar areia aos solos ocorreu um ganho de peso específico aparente seco, no
entanto, esse acréscimo não corresponde a um aumento de CBR em condições não saturadas.
Comparando-se os resultados verifica-se que a estabilização química com base nos
estudos da jazida 5 melhora a eficiência na seguinte ordem: solo-emulsão, solo-emulsão-cal e
solo-emulsão-cimento, solo-cimento, solo-cal.
A análise das curvas características mostra que a representação das mesmas em termos
do produto da sucção em pF pelo índice de vazios (expF) como uma função do grau de
saturação permite colocar melhor em evidência a influência dos diferentes tratamentos nos
resultados obtidos.
Para as estabilizações químicas dos solos das jazidas 2 e 5 verifica-se a tendência do
expF aumentar com o teor de cal. Já para a jazida 3 só se verifica tal ganho para o teor 6%.
No tratamento com cimento expF tende a aumentar com o seu teor.
Ao tratar o solo com emulsão observa-se que a mesma aumenta expF sem que este
aumento seja no entanto proporcional ao teor de aditivo. A adição de cal ou cimento a esta
mistura proporciona apenas um ligeiro acréscimo no expF.
Quanto ao efeito da adição de areia apenas o teor 10% gerou aumento em expF,
ocorrendo tendência a se igualar para 20% de areia fina e a apresentar redução nos demais
casos.
Os resultados dos ensaios de perda de massa por imersão em água mostram que este
ensaio é útil na avaliação dos riscos de erodibilidade do solo. Para os solos estabilizados
quimicamente, verifica-se uma redução deste parâmetro sendo observado mesmo
comportamento quando do tratamento com areia.
O ensaio de desagregação em água mostra que os solos estabilizados quimicamente
resistiram bem à inundação, o que não implica em tornar desnecessária a drenagem superficial
adequada para as estruturas de pavimento.
Finalmente cabe destacar que a estabilização química do solo pode ser uma solução
viável para a região, desde que bem avaliada e a obra bem executada. Já a estabilização
granulométrica com areia não se mostrou eficiente.
140
5.2 SUGESTÕS PARA PESQUISAS FUTURAS
Fazer ensaios de CBR com imersão e medida de expansão para as diversas
estabilizações.
Recomendam-se estudos de análise micro-estrutural complementar para as misturas,
como a realização de porosimetria.
Executar trechos experimentais com base de solo-cal, solo-cimento, solo-emulsão,
solo-emulsão-cal e solo-emulsão-cimento, para avaliar a durabilidade dessas alternativas.
Fazer experimentos com as misturas observando o ganho de resistência com a
temperatura e tempo de cura.
141
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT. NBR 6457. (1986). Amostras de solo–Preparação para ensaio de compactação e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro, RJ, 8 p. ABNT. NBR 6459. (1984). Solo – Determinação do Limite de Liquidez. Rio de Janeiro, RJ, 6 p. ABNT. NBR 6508. (1984). Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm – Determinação da massa específica. Rio de Janeiro, RJ, 8 p. ABNT. NBR 7180. (1984). Solo – Determinação do Limite de Plasticidade. Rio de Janeiro, RJ, 3 p. ABNT. NBR 7181. (1984). Solo – Análise granulométrica. Rio de Janeiro, RJ, 13 p. ABNT. NBR 7182. (1986). Solo – Ensaio de Compactação. Rio de Janeiro, RJ, 10 p. ALCÂNTARA, M.A.M., LIMA, D.C., BUENO, B.S. & COSTA, L.M. (1995). Considerações sobre o uso de aditivos químicos em regiões tropicais. 29ª Reunião Anual de Pavimentação, Cuiabá, MT, 2: 101-109. BALBO, J.T. (1996). Alguns conceitos diferenciadores dos materiais estabilizados com cimento. 7ª Reunião Anual de Pavimentação Urbana, São José dos Campos, SP, pp. 275-294. BIGARELLA, J.J., BECKER, R.D. & PASSOS, E. (1996). Estrutura e Origem das Paisagens Tropicais e Subtropicais: Intemperismo Biológico, Pedogênese, Laterização, Bauxitização e Concentrações de Bens Minerais. UFSC, Florianópolis, SC, 2 vol., 875 p. BUENO, B.S., LIMA, D.C. & SANTOS, M.F. (1995). Estabilização dos solos com cal e betume. 6ª Reunião Anual de Pavimentação Urbana, Santos, SP, pp.75-97. CAMAPUM DE CARVALHO, J. (1985). Étude du comportement mécanique d’une marne compactée. Thèse de Doctorat, Institut National des Sciences Appliquées - I.N.S.A., France-Toulouse, 181 p. CAMAPUM DE CARVALHO, J. (2004). Comunicação pessoal. Departamento de Engenharia Civil, Unb, Brasília, DF. CAMAPUM DE CARVALHO, J., CRISPEL, J.J. & CARVALHO, J.B.Q. (1985). Influence de la temperature de sechage sur les proprietes chimiques, physiques e mecaniques de quelques sols lateritiques du nord et du nord-est du Brésil. First International Conference on Geomechanics in tropical Laterita an Saprolitic Soils, ABMS, Brasília, DF, 1: 51-62. CAMAPUM DE CARVALHO, J., KONRAD, J.M. & MUMA, M. (2000a). Fluência em material granular estabilizado com emulsão. 32ª Reunião Anual de Pavimentação, Brasília, DF, 1: 175- 183.
142
CAMAPUM DE CARVALHO, J. & LEROUIL, S. (2000b). Modelo de normalização da curva característica. 32ª Reunião Anual de Pavimentação, Brasília, DF, 1: 96-106. CARDOSO, F.B.C. (2002). Propriedades e Comportamento Mecânico de Solos do Planalto Central Brasileiro. Tese de Doutorado em Geotecnia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, FT, UnB, Brasília, DF, 357 p. CARDOSO, S.H., ROEHRS, A.R. & CASTELO DE SOUZA, F.W. (1995). Emprego de famílias de curvas no controle de compactação de solos finos da Amazônia. 29ª Reunião Anual de Pavimentação, Cuiabá, MT, 2:113-123. CASTRO, E. & LUIS, A. S. (1972). O solo-cal na pavimentação de estradas e aeródromos. 6ª Reunião Anual de Pavimentação Urbana, Portugal, pp.29-59. CAVALIERI, L.V.P. (1998). Estabilização de Minerais Argilosos com Cal. Petrobrás: Petróleo Brasileiro S. A., Rio de Janeiro, RJ, 100 p. CHAUVEL, A. & NOBREGA, M.T. (1980). Comportamento dos solos argilosos desenvolvidos sobre basaltos do Brasil Meridional após tratamento com Cal. IV Reunião Aberta da Indústria da Cal, São Paulo, SP, pp.124-172. COSTA, J.B. (1973). Caracterização e Constituição do Solo. Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, Portugal, 527 p. DNER-CLA-259. (1996). Classificação de solos tropicais para finalidades viárias utilizando corpos-de-prova compactados em equipamentos miniatura. São Paulo, SP, 6 p. DNER-ES-303. (1997). Pavimentação – base estabilizada granulometricamente. Rio de Janeiro, RJ, 7 p. DNER-ME-228. (1994). Solos - compactação em equipamento miniatura, São Paulo, SP, 14 p. DNER-ME-254. (1997). Solos compactados em equipamento miniatura - Mini-CBR e expansão, São Paulo, SP, 14 p. DNER-ME-256. (1994). Solos compactados em equipamento miniatura - determinação da perda de massa por imersão, São Paulo, SP, 6 p. EMBRAPA (1997). Manual de Métodos de Análise de Solo. Centro Nacional de Pesquisa de Solos, 2ª edição, Rio de Janeiro, RJ, 212 p. FORTES, R.M. & NOGAMI, J.S. (1991). Método expedito de identificação do grupo MCT de solos tropicais utilizando-se anéis de PVC rígido. 25ª Reunião Anual de Pavimentação, ABPv, São Paulo, SP, 1: 591-604. FORTES, R.M., SOUZA, C.D., BASTOS FILHO, F.V. & MERIGHI, J.V. (1999). Um estudo do comportamento reológico de solos tropicais para fins rodoviários. 10º Congresso Ibero Latino Americano. Servilla, España, 2: 1371-1383.
143
GODOY, H. (1997). Identificação e Classificação Geotécnica de Latossolos do Estado de São Paulo pelo Método das Pastilhas MCT. Tese de Doutorado em Geotecnia, IG, USP, São Paulo, SP, 132 p. GODOY, H. & BERNUCCI, L.B. (2000). Caracterização de propriedades geotécnicas de solos realizados no próprio campo e de maneira expedita. 32ª Reunião Anual de Pavimentação, ABPv, Brasília, DF, 1: 107-115. GODOY, H., BERNUCCI, L.B. & Suzuki, C.Y. (2002). Metodologia de investigação geotécnica preliminar para obras viárias: o caso da duplicação da rodovia Raposo Tavares de Cotia a São Roque - Estado de São Paulo. 10º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental, Ouro Preto, MG, 1: 107-115. GUIMARÃES, J.E.P. (1971). Estabilização de Solos – Nova e Importante Aplicação da Cal seus Conceitos e suas Vantagens. ABPC, Boletim nº 5, São Paulo, SP, 67 p. GUIMARÃES, J.E.P. (2002). A Cal – Fundamentos e Aplicações na Engenharia Civil. PINI, São Paulo, SP, 341 p. GUIMARÃES, J.E.P., BUFF, J.A. & FILIPPELLI, S.S. (1996). Uso da Cal na estabilização de Solo e em Misturas Asfálticas. ABPC, São Paulo, SP, 43 p. GRIM, E.R. (1966). Applied Clay Mineralogy. Editora Mc Graw Mill Book Co, New York, 182 p. LEMOS, S.M. (1995). Estudo da Compressão Confinada e do Colapso de um Solo Arenoso Compactado em Edômetro com Sucção Controlada. Dissertação de Mestrado em Geotecnia, USP, São Carlos, SP, 146 p. LIMA, M.C. (1999). Contribuição ao Estudo do Processo Evolutivo de Boçorocas na Área Urbana de Manaus. Dissertação de Mestrado em Geotecnia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, FT, UnB, Brasília, DF, 150 p. LIMA, M.C. (2003). Degradação Físico-Química e Mineralógica de Maciços junto às Boçorocas. Tese de Doutorado em Geotecnia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, FT, UnB, Brasília, DF, 346 p. LIMA, D.C., SANTOS, M.F..& BUENO, B.S. (1995) Estabilização dos solos com cal e betume. 6ª Reunião Anual de Pavimentação, Santos, SP, pp.75-90. LOPES, A.S. (1998). Manual Internacional de fertilidade do solo (tradução). Instituto da Potassa & fosfato, Piracicaba, SP, 177 p. LUCENA, F.B., ARAÚJO, R.N.A. & FERREIRA, H.C. (1983). Uso de emulsão catiônica na estabilização de solos lateríticos. 17ª Reunião Anual de Pavimentação, Porto Alegre, RS, 2: 69-90. MANUAL BÁSICO DE EMULSÕES ASFÁLTICAS (2001). Soluções para pavimentar sua cidade. Associação de Empresas Distribuidoras de Asfaltos, ABEDA, Rio de Janeiro, 134 p.
144
MARINHO, F.A.M. (1995). A técnica do papel filtro para medida de sucção. Anais do Encontro de Solos não saturados.Porto Alegre, RS, pp.112-125. MARTÍNEZ, G.S.S. (2003). Estudo do Comportamento Mecânico de Solos Lateríticos da Formação Barreiras. Dissertação de Doutorado em Geotecnia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre, RS, 264 p. MOMM, L. (1983). Uso de emulsão catiônica na estabilização de solos. 18º Reunião Anual de Pavimentação, Porto Alegre, RS, pp.556-564. MOLINERO, G.R., AGUIAR, C.S., SOUZA, N.M. & CAMAPUM DE CARVALHO, J. (2003). Análise granulométrica por sedimentação e com emprego do granulômetro a laser. I Simpósio sobre Solos Tropicais e Processos erosivos no Centro Oeste, Brasília, DF, pp. 87-194. MURRIETA, P. (1994). Apostila de Mecânica dos Solos – 1ª parte. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, FT, UnB, Brasília, DF. NÓBREGA, M.T. (1985). AS reações dos argilo-minerais com a cal. IV Reunião Aberta da Indústria de Cal, ABPC, São Paulo, SP, pp. 57-72. NÓBREGA, M.T. (1988). A Estabilização de Solos Tropicais com Adição de Cal para Fins Rodoviário. Dissertação de Mestrado em Geociências, USP, São Paulo, SP, 115 p. NOBREGA, M.T. (1991). A Estabilização de Solos Tropicais com Adição de Cal para fins Rodoviários.Dissertação de Mestrado, USP, São Paulo, SP, 115 p. NOGAMI, J.S. & COZZOLINO, V.M.N. (1985). A identificação de solos tropicais: dificuldades e proposta de um método preliminar. 20ª Reunião Anual de pavimentação, Fortaleza, CE, ABPv, pp. 30-41. NOGAMI, J.S. & VILLIBOR, D.F. (1983). Os solos tropicais lateríticos e saprolíticos e a pavimentação.18ª Reunião Anual de Pavimentação, Porto Alegre, RS, pp. 465-484. NOGAMI, J.S. & VILLIBOR, D.F. (1996). Pavimentação de Baixo Custo com Solos Lateríticos. Editora Vilibor, São Paulo, SP, 240 p. NOGAMI, J.S. (1985). Características dos solos tropicais. V Reunião Aberta da Indústria de Cal, ABPC, São Paulo, SP, 47-55. NOGAMI, J.S. e VILLIBOR, D.F. (1981). Uma nova classificação de solos para finalidades rodoviárias. Simpósio Brasileiro de Solos Tropicais em Engenharia, Rio de Janeiro, RJ, ABMS, pp. 30-41. NOGAMI, J.S. e VILLIBOR, D.F. (1994). Identificação expedita dos grupos de classificação MCT para solos tropicais. 10º Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, ABMS, Foz do Iguaçu, PR, 4: 293-1300. NOGAMI, J. S. & VILLIBOR, D. F. (2000). Nova Conceituação do Coeficiente c’ da Classificação Geotécnica MCT. 30a Reunião Anual de Pavimentação, Brasília – DF, 1: 33-41.
145
NOGAMI, J.S., VILLIBOR, D.F., SERRA, P.R.M. & ZUPPOLINI Neto, A. (1996). Procedimentos Não-Tradicionais na Pavimentação com Solos e Ambientes Tropicais. 30a Reunião Anual de Pavimentação, Salvador – BA, 4: 1603-1633. NOGUEIRA, C. (1961). Pavimentação. Ao Livro Técnico S.A., Rio de Janeiro, RJ 485 p. NOGUEIRA, J.B. (2001). Ensaios de Laboratório. EESC-USP, São Carlos,SP, 248 p. PASTORE, E.L. & FORTES, R.M. (1988). Caracterização e classificação de solos. Geologia de Engenharia. Oliveira, A.M.S & Brito, S.N.A. (eds), ABGE, São Paulo, Brasil, pp.197-210. PINTO, C.S. (1965). Estudo do solo-cal com solos brasileiros. I Simpósio sobre Pesquisas Rodoviárias. Publicação IPR, pp. 76-96. PINTO, C.S. (1985). Estabilização de pavimentos com cal. V Reunião Aberta da Indústria de Cal, ABPC, São Paulo, SP, pp. 81-112. PINTO, C.S. (2000). Curso Básico de Mecânica dos Solos. São Paulo, SP, Oficina de Textos, 247 p. PITTA, M.R. (1999). Materiais para Pavimentos de Concreto Simples. São Paulo, SP, ABPC, 165 p. PITTA, M.R. (1980). Pequeno histórico da estabilização de solos com cimento. São Paulo, SP, boletim, 4 p. PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (1960). Sbgrades, subbases and shoulders for concrete pavement. Skokie, 5 p. QUEIROZ DE CARVALHO, J.B. (1988). Propriedades e comportamento de solos lateríticos estabilizados com cal. 23º Reunião Anual de Pavimentação, Florianópolis, SC, 1: 690-699. REZENDE, L.R. (2003). Estudo do Comportamento de Materiais Alternativos Utilizados em Estruturas de Pavimentos Flexíveis. Tese de Doutorado, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 372 p. REZENDE, L.R. (2004). Estudos laboratoriais de dois solos finos estabilizados com cal. I Simpósio sobre Solos Tropicais e Processos erosivos no Centro Oeste, Brasília, DF, pp. 207 -217. SANTOS, R. M.M. (1997). Caracterização Geotécnica e Análise do Processo das Erosões no Município de Goiânia. Dissertação de Mestrado em Geotecnia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, FT, UnB, Brasília, DF, 120 p. SUGUIO, K. (1998). Dicionário de Geologia Sedimentar e Áreas afins.Bertrand Brasil, Rio de Janeiro, RJ, 1222 p. TERZAGHI, K. & PECK, R. (1962). Mecânica dos Solos na Prática da Engenharia. Ao Livro Técnico, Rio de Janeiro, RJ, 659 p.
146
VARGAS, M (1978). Introdução à Mecânica dos Solos. Mcgraw Hill do Brasil, São Paulo, SP. 509 p. VERTAMATTI, E (1987). Comportamento resiliente/mini-MCV de solos tropicais finos e concrecionados sob inferência amostral da Amazônia. 22ª Reunião Anual de Pavimentação, Maceió, AL, 1: 381-397. VERTAMATTI, E., SOUSA, E.B.& REZENDE, A.A. (1995). Um estudo da determinação da umidade de solos arenosos em laboratório. 29ª Reunião Anual de Pavimentação ,Cuiabá, MT, pp. 381-397. VILLAR, L.F.S. & CAMPOS, T.M P. (2001). Obtenção de uma curva característica de sucção pelo uso combinado de técnicas diversas. 4ª Simpósio Brasileiro de Solos não saturados, ABMS. Porto Alegre, RS, pp. 337-353.
ANEXO A:
CURVAS CARACTERÍSTICAS EM FUNÇÃO DA SUCÇÃO (pF) vs GRAU DE SATURAÇÃO (Sr) E
RESULTADOS DA CLASSIFICAÇÃO MCT EXPEDITA
148
0123456
0 20 40 60 80 100
Sr(%)pF
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3%
solo-cal 4% solo-cal 6%
2
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100Sr(%)
pFsolo natural solo-cal 2% solo-cal 3%
solo-cal 4% solo-cal 6%
(a) (b)
Figura A.1 - Curvas características nas energias: (a) Normal e (b) Intermediária – Jazida 2.
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100Sr(%)
pF
solo natural solo-cal 3%solo-cal 4% solo-cal 6%
2
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100Sr(%)
pF
solo natural solo-cal 2% solo-cal 3%solo-cal 4% solo-cal 6%
(a) (b)
Figura A.2 - Curvas características nas energias: (a) Normal e (b) Intermediária – Jazida 3.
149
2
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100Sr(%)
pFsolo natural 2% cal 3% cal4% cal solo-cal 6%
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100Sr(%)
pF
solo natural 1% emulsão2% emulsão 3% emulsão
(a) (b)
Figura A.3 - Curvas características das misturas (a) solo-cal e (b) solo-emulsão – Jazida 5.
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100Sr(%)
pF
solo natural solo-cimento 3%solo-cimento 6%
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100Sr(%)
pF
solo natural 2%Em+3% cal2% Em+3%cimento solo-cimento 3%solo-cal 3% solo-emulsão 2%
(a) (b)
Figura A.4 - Curvas características das misturas (a) solo-cimento e (b) diversa – Jazida 5.
150
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100
Sr(%)
pF
solo natural S70+AG30S80+AG20 S90+AG10
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
0 20 40 60 80 100Sr(%)
pF
solo natural S70+AF30S80+AF20 S90+AF10
(a) (b)
Figura A.5 - Curvas características das misturas (a) solo-areia grossa e (b) solo-areia fina – Jazida 5.
Tabela A.1 - Resultados dos ensaios da classificação MCT expedita – Jazida 1.
Jazida 1
profundidade (m)
wmold(%)
c (mm)
P (mm) R desagregação
(após 2 horas) tabsorção (min)
Grupo MCT
0,5 - 1,0 46,14 1,8 1,3 3 desag. total 10 LA-LA´ 1,0 - 1,5 40,01 1,1 2,7 2 desag. parcial 10 LA 1,5 - 2,0 40,19 1,1 2,7 2 desag. parcial 5 LA
Furo 1
2,0 - 2,5 36,9 1,1 5,0 1 desag. total 5 NS´/NA´ 0,5 - 1,0 42,0 1,2 1 3 desag. parcial 14 LA 1,0 - 1,5 48,5 2,1 0 3 desag. parcial 15 LA-LA´ 1,5 - 2,0 53,0 2,2 0 3 desag. parcial 30 LA-LA´
Furo 2
2,0 - 2,5 36,2 1,1 3,3 3 desag. parcial 8 NA/NS´ 0,5 - 1,0 39,16 1,9 0 3 desag. parcial 18 LA-LA´ 1,0 - 1,5 50,37 2,1 1 2 desag. parcial 13 LA-LA´ 1,5 - 2,0 49,32 2,2 1 3 desag. parcial 16 LA-LA´
Furo 3
2,0 - 2,5 49,09 2,1 1 3 desag. parcial 12 LA-LA´ 0,5 - 1,0 45,25 2,1 1,33 3 desag. parcial 5 LA-LA´ 1,0 - 1,5 50,17 2,1 2,33 3 desag. parcial 6 NA´-NS´ 1,5 - 2,0 42,62 2,1 2 2 desag. parcial 3 LA-LA´
Furo 4
2,0 - 2,5 41,67 1,2 3,67 2 desag. parcial 6 NA´-NS´
151
Tabela A.2 - Resultados dos ensaios da classificação MCT expedita – Jazida 4
Jazida 4
Profundidade (m)
wmold(%)
c (mm)
P (mm) R desagregação
(após 2 horas) tabsorção (min)
Grupo MCT
0,5 - 1,0 27,26 2,1 4,3 2 desag. total 9 NS´/NA´ 1,0 - 1,5 31,97 1,2 4,7 2 desag. total 15 NA/NS´ 1,5 - 2,0 34,91 1,1 4,0 2 desag. total 8 NA/NS´
Furo 1
2,0 - 2,5 36,35 1,8 5,0 2 desag. parcial 10 NS´/NA´ 0,5 - 1,0 31,8 1,5 5,0 2 desag. total 6 NA´/NS´ 1,0 - 1,5 34,7 1,7 1,7 3 desag. parcial 12 LA-LA´ 1,5 - 2,0 37,1 2,1 5,0 3 desag. parcial 20 NS´/NA´
Furo 2
2,0 - 2,5 35,2 1,6 5,0 2 desag. parcial 15 NS´/NA´ 0,5 - 1,0 32,89 1,2 3 1 desag. total 7 LA 1,0 - 1,5 32,14 1,1 1,17 1 desag. total 16 LA 1,5 - 2,0 36,54 1,7 4 1 desag. total 8 NS´-NA´
Furo 3
2,0 - 2,5 31,3 0,7 3,2 2 desag. total 28 NA 0,5 - 1,0 27,86 1,2 3,3 2 desag. total 7 NA 1,0 - 1,5 31,97 1,5 3,3 2 desag. total 14 NA´/NS´ 1,5 - 2,0 32,88 1,5 3,7 2 desag. total 3 NA
Furo 4
2,0 - 2,5 27,55 1,5 3,7 2 desag. total 5 NA´/NS´
