UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ

Guilherme Slivinski

Marcos Antonio Gonçalves Junior

REMEDIAÇÃO DE SOLO EXPANSIVO

CURITIBA 2015

Guilherme Slivinski

Marcos Antonio Gonçalves Junior

REMEDIAÇÃO DE SOLO EXPANSIVO

Trabalho de conclusão apresentado ao Curso de Engenharia Civil, da Faculdade de Ciências Exatas da Universidade Tuiuti do Paraná, como requisito parcial para a obtenção do título de engenheiro. Orientador: Professor Héber Augusto Cotarelli de Andrade.

CURITIBA

2015

Queremos agradecer, em primeiro lugar, а Deus, pela força е coragem durante toda

esta longa caminhada. À nossas famílias, por sua capacidade de acreditar е investir em nós. Mãe, pai,

esposa e namorada, o cuidado е dedicação que nos deram, em vários momentos, incentivo e а esperança para seguir adiante.

A todos os professores do curso, qυе foram tão importantes em nossa vida acadêmica е no desenvolvimento deste Trabalho.

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SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 5

2 REFERENCIAL TEÓRICO ....................................................................................... 6

2.1 SOLOS .................................................................................................................. 6

2.2 SOLO-CAL ......................................................................................................... 11

2.3 CAL ..................................................................................................................... 22

2.4 ESTUDOS GEOLÓGICOS .................................................................................. 35

2.5 CLIMA ................................................................................................................. 40

2.6 SOLOS DA REGIÃO ........................................................................................... 41

2.7 VEGETAÇÃO ...................................................................................................... 44

2.8 HIDROGRAFIA ................................................................................................... 45

2.9 ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS .................................................................. 46

3 METODOLOGIA ADOTADA .................................................................................. 51

3.1 SPT .................................................................................................................... 51

3.2 ENSAIOS LABORATORIAIS ............................................................................... 54

3.3 PASSIVAR A EXPANSÃO DO SOLO ATRAVÉS DO EMPREGO DA CAL ........ 63

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................. 63

4.1 ENSAIOS DE CBR E CARACTERIZAÇÃO ......................................................... 63

5. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 74

6.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 80

5

1 INTRODUÇÃO

O nosso país tem experimentado, nos últimos anos, mais notadamente no final

da década passada e início desta, um crescimento econômico, fazendo-se necessários

investimentos para o desenvolvimento em infraestrutura, o que tem demandado o

emprego de tecnologias economicamente viáveis a custos menores e que causem

menor impacto ambiental possível. Nessa visão, é fundamental o estudo de técnicas

construtivas com essa premissa, propiciando a construção com eficiência técnica,

custos adequados e preservação dos recursos ambientais.

O emprego da cal na estabilização dos solos é uma das mais antigas técnicas

utilizadas pelo homem para obter a melhoria de suas características mecânicas. Há

exemplos dessa utilização na via Àpia (sul da Itália), construída em 312 a.C. e em

trechos da Muralha da China, datado de 2280 a.C. (GUIMARÃES, 2002). A utilização

da estabilização em grande escala ocorreu em Missouri (EUA) em 1924 e na antiga

União Soviética, em 1926. Apesar do relativo sucesso obtido nas construções

rodoviárias pioneiras de estabilização solo-cal, seu uso foi pouco empregado até o

início da Segunda Guerra Mundial.

Houve um grande avanço tecnológico, a partir de 1945 com o desenvolvimento

de pesquisas de laboratório e de campo, realizado pelo Texas Higway Departament

(LIMA et al., 1993). De forma geral, a estabilização de solos é uma técnica construtiva

bastante utilizada em pavimentação, permitindo o emprego de solos locais com a

melhoria suas propriedades. Uma boa estabilização depende de algumas variáveis,

mais notadamente a constituição química e mineralógica do solo, a granulometria e

rugosidade das partículas e o tipo de cal empregada.

Para alguns tipos de solos, a estabilização pode não ser eficiente, não havendo

aumento da capacidade de suporte, que é o principal objetivo do uso deste material

para construção viária. Partindo desse pressuposto, este trabalho se propõe estudar a

estabilização de solos com o emprego da cal, visando demonstrar os benefícios

alcançados com a estabilização de solos locais na construção de obras viárias no

município de Ortigueira - PR, onde há disponibilidade da cal, gerando assim benefício

ambiental e a expectativa de redução de custo das obras.

6

Neste estudo temos como objetivo a remediação de um solo expansivo na

construção de estradas, e para alcançal tal objetivo traçamos alguns requisitos tais

como:

- estudar metodologias para passivar a expansividade do solo; - aplicar diretamente os estudos e conclusões em obras de engenharia; - conceituar estudos de solos expansivos; - apresentar recentes experiências com a modificação desses solos; - buscar controlar sua expansão e com ganhos de capacidade.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 SOLOS

Segundo GUIMARÃES (1998), o solo é produto da alteração, por intemperismo,

das rochas superficiais da crosta. Geralmente, é disposto em camadas constituídas de

elementos minerais e/ou orgânicos, com água de umidade preenchendo seus vazios. A

mais perfeita definição de solo é, segundo Adilson Carvalho: corpo natural,

tridimensional, formado de horizontes (camadas aproximadamente paralelas à

superfície) e constituído de elementos minerais e/ou orgânicos (capaz de suportar vida

vegetal).

Os solos são materiais que resultam do intemperismo ou meteorização das

rochas por desintegração mecânica ou decomposição química. Por desintegração

mecânica, através de agentes como água, temperatura, vegetação e vento, formam-se

pedregulhos e areias (solos de partículas grossas) e até mesmo siltes (partículas

intermediárias), e, somente em condições especiais, as argilas (partículas finas).

(CAPUTO, 2000).

7

Nos solos, as maiores partículas são constituídas frequentemente de

agregações de minerais diferentes, sendo o quartzo bastante resistente à degradação

e forma grãos de siltes e areias; outros minerais podem ser encontrados nessas

partículas, como o felsdpato, gibsita, calcita e mica.

2.1.1 Classificação Dos Solos

Os sistemas mais utilizados no Brasil para classificar os solos,empregam os

índices de Atterbeg e granulometria, sendo eles: (i) Sistema Unificado de Classificação

(Unified Soil Classification System – USCS)1; (ii) Classificação do HRB (Highway

Research Board) 2. O sistema de classificação de solos HRB (Highway Research

Board), os solos são reunidos em grupos e subgrupos, em função da sua

granulometria e plasticidade, sendo empregado mundialmente na engenharia

rodoviária. “Os ‘solos granulares’ compreendem os grupos A-1, A-2 e A-3; os ‘solos

finos’, grupos A-4, A-5, A-6 e A-7, três dos quais divididos em subgrupos” (CAPUTO,

2000). Os índices de grupo dos solos granulares estão entre 0 e 4, dos siltosos, entre 1

e 12 e dos argilosos, entre 1 e 20.

2.1.2 Solos Saprolíticos

Segundo Pinto (2006) é o solo que mantém a estrutura original da rocha mãe,

mas perdeu a consciência da rocha. Visualmente pode confundir-se com uma rocha

alterada, mas apresenta pequena resistência ao manuseio. É também chamado de

solo residual jovem ou solo de alteração de rocha e ocorre em regiões tropicais e

subtropicais umidas, onde o intemperismo é mais intenso.

8

Os solos saprolíticos (sapro, do grego: podre) são aqueles que resultam da

decomposição e/ou desagregação “in situ” da rocha matriz pela ação das intemperies

(chuva, insolação, geadas, etc.) e mantém, de maneira nitida, a estrutura da rocha que

lhe deu origem. São genuinamente residuais, isto é, derivam de uma rocha matriz, e as

partículas que o constituem permanecem no mesmo lugar em que se encontravam em

estado pétreo (VILLIBOR et al., 2009).

2.1.3 Solos Lateríticos

Segundo Pinto (2006) os solos lateríticos tem sua fração argila constituída

predominantemente de minerais cauliníticos e apresentam elevada concentração de

ferro e alumínio nas formas de óxidos e hidróxidos, onde sua peculiar coloração

avermelhada. Esses sais encontram-se, geralmente, recobrindo agregações de

partículas argilosas.

Na natureza, os solos lateríticos apresentam-se, geralmente, não saturados,

com índice de vazios elevado, daí sua pequena capacidade de suporte. Quando

compactados, sua capacidade de suporte é elevada, e, por isso, são muito

empregados em pavimentação e em aterros. Após compactado, um solo lateritico,

apresenta contração se o teor de umidade diminuir , mas não apresenta expansão na

presença de água. Uma metodologia de classificação, que permite a identificação dos

solos de comportamento laterítico, foi desenvolvida pelo prof.Nogami e empregada por

alguns orgaos rodoviários do sul do país.

9

2.1.4 Solos Expansivos

Cavalcante et al. (2007), relata que solos expansivos são solos não saturados

que sofrem considerável variação volumétrica quando sujeitos a variação no teor de

umidade. Portanto, seu comportamento é bastante dependente de variações sazonais.

Durante períodos de estiagem, encontram-se geralmente com sucção elevada, o que

lhes confere resistência relativamente alta e pode dificultar trabalhos de escavação.

Porém, com o aumento no teor de umidade (períodos chuvosos, infiltração de água de

corrente de vazamentos de tubulações etc.), esses solos experimentam valores de

expansão, muitas vezes bastante expressivos, tanto em termos de tensão, quanto em

termos de deformação.

A expansão em solos acontece geralmente com aqueles de natureza argilosa

ou argilo-siltosa, com percentual de material passando na peneira #200

frequentemente acima de 50%.

Os argilominerais encontrados com maior frequencia em solos expansivos são

pertencentes ao grupo das montmorilonitas, mais especificamente as esmectitas e

vermiculitas.

A composição mineralógica dos solos expansivos tem grande importância no

potencial de expansão, onde as cargas elétricas da superfície dos minerais de argila, a

resistência entre camadas e a capacidade de troca catiônica contribuem para o

potencial de expansão.

Segundo Lopez e Zepeda (1999), o método eficaz de identificação de um solo

expansivo são as análises mineralógicas da matéria argilosa, permitindo assim um

conhecimento profundo sobre a expansão.

10

2.1.5 Problemas Com Solos Expansivos

Devido ao crescimento populacional enfrentado no último século, a necessidade

de expansão territorial do ser humano, seja para moradia ou para realização de suas

atividades, ficou cada vez maior, o que vem em muitos casos, provocar a ocupação de

regiões problemáticas, sobretudo no ponto de vista da geotecnia.

Dentre essas regiões tidas como problemáticas geotecnicamente, as regiões de

solo expansivo têm se constituído de grande desafio para o engenheiro geotécnico.

Presa (1980) define que solo expansivo seja ele no estado natural, ou compactado, é

aquele em que a variação volumétrica é muito elevada, de forma a produzir efeitos

prejudiciais nas obras construídas sobre os mesmos ou nas proximidades. No final da

década de setenta nos Estados Unidos eram gastos cerca de dois bilhões de dólares

anuais para solução de problemas ligados à expansibilidade de solos(Costa Nunes e

Craizer ,1978).

No Brasil esse problema é de grande importância, principalmente por que atinge

regiões economicamente ativas, como na Bahia (Bacia do Recôncavo), Oeste do Mato

Grosso do Sul, Paraná e Rio Grande do Sul. A expansividade reflete-se pela pressão

de expansão e variação volumétrica. Estruturas apoiadas sobre solos expansivos

podem estar sujeitas a uma série de ações indesejáveis resultantes das pressões de

expansão durante o umedecimento, bem como das variações de volumes associados,

que podem provocar o levantamento ou deslocamento das estruturas. Ao mesmo

tempo em que os solos expandem por umedecimento, eles também contraem quando

ressecados. A ciclagem da umidade confere uma fadiga ao solo tornando-o erodível,

provocando o fenômeno do empastilhamento.

Segundo Campos & Burgos (2004) os solos expansivos podem causar sérios

danos às obras de engenharia, principalmente quando esses materiais não são

tratados de forma adequada nas etapas de projeto e execução da construção.

Portanto, a compreensão dos fatores que levam a expansividade desses solos é

de grande importância, a fim de se tomar medidas que minimize a ação ou anule os

efeitos negativos.

11

2.2 SOLO-CAL

AZEVEDO et al. (1998) definem a mistura de solo-cal como sendo uma mistura

íntima de solo, cal e água em proporções determinadas através de ensaios

laboratoriais. Segundo os autores, a aplicação dessa técnica é fundamentada em

reações químicas e físico-químicas que ocorrem entre a cal e os constituintes do solo,

principalmente com a fração argila.

O uso da cal, de acordo com SANTOS (2004), é recomendado para melhoria de

solos argilosos ou muito siltosos, que apresentem em geral plasticidade e expansão

elevadas, além de baixa capacidade de suporte. Segundo LITTLE (1999), o tratamento

desses solos com a cal pode ser classificado de duas maneiras: a) solo modificado

pela cal: é um processo que ocorre entre os grãos finos do solo e a cal e que

apresenta, para solos argilosos de moderada a alta plasticidade, melhorias

substanciais como: redução da plasticidade, redução na susceptibilidade à água e

melhorias na estabilidade e trabalhabilidade do solo. De acordo com o autor, esse

processo ocorre inicialmente devido à troca de cátions de cálcio fornecidos pela cal

(Ca(OH)2 ou cal hidratada) por cátions presentes no solo, normalmente adsorvidos na

superfície do argilo mineral, e desenvolve-se em um ambiente com um pH elevado,

promovido pelo sistema cal-água. b) solo estabilizado pela cal: o processo de

estabilização difere do processo de modificação devido ao ganho significativo de

resistência, obtido com o passar do tempo, que ocorre em função do desenvolvimento,

a longo prazo, da reação pozolânica.

De acordo com LITTLE (1999), essa reação 13 é representada pela formação

de silicatos de cálcio hidratados e aluminatos de cálcio hidratados, produzidos a partir

das reações entre o cálcio da cal e os aluminatos e silicatos solubilizados na superfície

do argilo mineral. A reação pozolânica pode ser iniciada rapidamente, sendo

responsável por alguns dos efeitos do processo de modificação. Contudo, de acordo

com AZEVEDO et al. (1998), essa reação pode se estender por muitos anos desde

que, como relata LITTLE (1999), esteja presente na mistura uma quantidade suficiente

da cal para sua ocorrência e que o pH remanescente permaneça elevado. LITTLE

(1999) comenta ainda que o sucesso da reação pozolânica está diretamente

relacionado com a reatividade do solo tratado e com o desenvolvimento de um bom

12

projeto para a mistura, podendo, quando obedecido esses parâmetros, apresentar

resultados mais eficazes à amostra estabilizada, ou seja, melhorar substancialmente a

capacidade de suporte desta.

Esses resultados podem compreender: o aumento dos valores do módulo de

resiliência (de um fator de 10 ou mais), melhorias na resistência ao cisalhamento (de

um fator de 20 ou mais), ganhos contínuos de resistência e durabilidade, mesmo sobre

os efeitos da variação climática ou danos por carregamento (LITTLE, 1995).

DIAS (2004) comenta que o processo de modificação precisa de um teor baixo

da cal adicionado ao solo, sendo suficiente apenas para desenvolver as reações

imediatas ou da fase rápida, sem desenvolver as reações lentas (cimentantes) ou

pozolânicas. Já em relação ao processo de estabilização, o autor relata que o teor da

cal adicionado é tal, que propicia a ocorrência das reações da fase rápida e da fase

lenta. Conforme AZEVEDO et al. (1998), esse processo é utilizado quando a

necessidade de melhorias de um solo é basicamente estrutural.

2.2.1 Matérias-Primas Básicas: Solo E Cal

Na composição do solo-cal, assim como na do solo-cimento, o solo é o material

que entra em maior quantidade. Portanto, o conhecimento de suas características

mineralógicas e granulométricas, assim como a sua acidez, é de extrema importância

para a composição da do mistura, uma vez que essas propriedades exercem forte

influência nos mecanismos de estabilização química solo-cal.

O solo é um sistema complexo, em que as suas partículas podem ser dotadas

de cargas envoltas por componentes diversos. O entorno das partículas é conhecido

como a “solução do solo”. As atividades desse sistema “solo” - “solução do solo”

influem no comportamento macroscópico do solo e dependem do tipo de mineralogia

predominante e também do tipo de íons presentes na solução do solo. Esses conceitos

são muito importantes para a compreensão dos princípios de estabilização química

dos solos.

Muito importante também é a atividade físico-química dos solos. As estruturas

dos minerais podem propiciar o surgimento de cargas elétricas em suas superfícies,

em decorrência de substituições isomórficas. Estas ocorrem quando um elemento

13

químico substitui outro na estrutura, de modo que a força de atração eletrostática final

seja inferior àquela proporcionada pelo elemento de origem, restando, assim, cargas

não satisfeitas na estrutura do mineral.

De modo geral, o solo é visto como um corpo dotado de diferentes regiões, as

quais foram definidas no decorrer do processo evolutivo. Essas regiões são

denominadas “horizontes”, que são classificados em “A”, “B” e “C”. O primeiro inclui a

região superficial do solo, em que ocorrem os processos de mineralização e

humificação da matéria orgânica. O segundo é o horizonte de acumulação de

nutrientes e de bases trocáveis do solo (Ca+, Na+, K+). O terceiro é o horizonte de

alteração, em que os minerais ainda guardam a herança da rocha-mãe. A espessura

desses horizontes varia em função do clima e do relevo do solo.

A cal, por sua vez, é resultante da calcinação de rochas calcárias ou

dolomíticas, na qual se obtém o oxido de cálcio ou o oxido de magnésio, ou seja, a cal

virgem. Da hidratação da cal virgem se obtém a cal hidratada. Tanto uma como a outra

podem ser utilizadas na estabilização de solos, embora o uso da cal hidratada seja

mais frequente. O processo de fabricação da cal pode produzir impurezas, de modo

que o teor de óxidos totais presentes no material é muito importante para a seleção de

sua procedência.

2.2.2 Mecanismos Da Estabilização Química Dos Solos Com A Cal

O processo de estabilização química dos solos com a cal pode ocorrer segundo

mecanismos modificadores de sua estrutura, que acontecem a curto e também a longo

prazo. As modificações de curto prazo são responsáveis pelas mudanças nas

condições de trabalhabilidade do material no estado fresco. As de longo prazo

constituem-se nos processos de cimentação do material.

Como já mencionado, de modo geral, as partículas finas dos solos apresentam

cargas elétricas em suas superfícies. Essas cargas são normalmente satisfeitas por

íons presentes na solução do solo, como o íon K+ e o Na+. Isso conduz à formação de

um núcleo envolvido por uma nuvem de íons, denominada “Dupla Camada Difusa”. A

Dupla Camada Difusa constitui-se num objeto particular de discussão da físico-

14

química. Contudo, aqui ela será vista de modo simplista, como um dos elementos

contribuintes para as condições favoráveis à dispersão ou à floculação dos solos. Os

modelos propostos para ela pressupõem um sistema em que os íons se dispõem em

torno da partícula, de maneira tal que exista um gradiente de concentração

inversamente proporcional à distância do núcleo de carga.

Segundo a teoria dos colóides, as partículas coloidais se encontram em

constante movimento, conhecido como Movimento Browniano. Um movimento, então,

estabelece-se a partir da atração das partículas e também pela repulsão entre elas, a

qual é determinada pela espessura da Dupla Camada Difusa. Contudo, existe um

mecanismo de competitividade entre os possíveis íons presentes no meio, de modo a

promover satisfação das cargas presentes nas partículas não neutralizadas,

constituindo-se esses íons em um “complexo de trocas”. Em particular, são conhecidas

as reações de troca iônica na superfície das partículas finas dos solos, em que os íons

Ca2+, bivalentes, por atenderem melhor aos requisitos, substituem íons como os

monovalentes de Sódio ou Potássio, conduzindo-se à compressão da Dupla Camada

Difusa e à floculação dos solos. Esse processo se conduz de modo a reduzir o índice

de plasticidade do solo.

Entre as reações de longo prazo, as mais importantes são as pozolânicas, que

ocorrem entre os elementos minerais solubilizados dos solos e a cal. Esse processo é

viável porque, em níveis de alcalinidade promovidos pela cal, cujos valores de pH se

elevam a valores próximos a 12,4, os elementos Sílica e Alumina estarão mais

facilmente disponibilizados para a solução do solo. O processo de reações pozolânicas

entre os elementos minerais do solo e a cal é, então, realizado lentamente e conduz

normalmente ao aumento da capacidade de resistência mecânica dos solos, quando

existe eficácia. Esse processo pode ser favorecido pela temperatura e pela difusão

iônica da cal no solo.

Um outro processo químico conhecido dentro da tecnologia da cal é o da

recarbonatação. Cabe considerar-se, contudo, que o ganho de resistência mecânica

da cal como aglomerante é significativo, a cal é por natureza um aglomerante aéreo,

sujeito à dissolução pela água a longo prazo, contrariando-se a expectativa do que se

pode ter de um aglomerante hidráulico. Por essa razão, deve haver um processo muito

mais eficiente, que é o de reações pozolânicas. A cal deve atuar predominantemente

em reação pozolânica com o solo, e menos via recarbonatação.

15

2.2.3 Critérios Gerais Para A Escolha De Solos Potencialmente Utilizáveis Com A

Cal

Os solos devem ter componentes reativos disponíveis para as reações

pozolânicas. Esses componentes são os alumino-silicatos, apresentados nas formas

de minerais do tipo “1:1”, ou “2:1”, conforme se ilustra na Figura 6. Os argilo-minerais

do tipo “1:1” são representados pela Caulinita e pela Haloisita, sendo muito abundantes

em solos tropicais. As duas unidades básicas, compostas à base do Silício e do

Alumínio, dispõem-se solidárias, de forma que o empacotamento seja maior e a

superfície de exposição seja mínima e praticamente não se manifeste a presença de

cargas não satisfeitas.

Por essa razão, esses solos são bastante estáveis do ponto de vista físico-

químico. Os solos tropicais apresentam também uma riqueza de oxi-hidróxidos de ferro

e de alumínio. Os minerais do tipo “2:1” constituem-se nas formas mais reativas,

predominantes em solos de regiões temperadas ou com baixo grau de intemperismo.

São esses os casos dos argilo-minerais Montmorilonitas, Clorita e Vermiculita. A

estrutura mineralógica do tipo “2:1” permite a ocorrência de cargas entre as lâminas de

silício, de modo que esses minerais ficam sujeitos à interação com os elementos ativos

do meio, em particular os íons positivos e a água. Essas cargas são decorrentes de

substituições isomórficas do Silício pelo Alumínio, por exemplo.

FIGURA 1 – Tipos de minerais quanto ao número e a disposição das camadas tetraédricas e

octaédricas.

16

Assim, não é possível estabelecerem-se regras rígidas para a escolha dos

solos, pois um solo argiloso, por exemplo, pode apresentar baixo desempenho frente à

estabilização com a cal, visto que esse solo pode conter elevada porcentagem de

matéria orgânica. A despeito da presença de óxidos de ferro em sua composição,

mesmo em solos tropicais, resultados promissores já puderam ser advindos de solos

em que a mineralogia predominante foi a Caulinita. Para mais detalhes sobre a

estabilização de solos com cal no Brasil, recomenda-se a leitura dos trabalhos de Lima

(1981) e de Alcântara (1995). Ambos discorrem sobre as questões de viabilidade de

estabilização de solos com a cal em solos brasileiros, além de estudos de aplicações,

em particular com solos predominantes no Estado de São Paulo, que guardam muita

semelhança com os Latossolos brasileiros.

2.2.4 Propriedades Geotécnicas Das Misturas No Estado Fresco

Em decorrência de fenômenos relacionados com a Dupla Camada Difusa, a

adição de cal induz a floculação dos solos, tendo como consequência alterações nos

parâmetros geotécnicos dos solos. Em primeiro lugar, pode-se atentar para os limites

de liquidez e de plasticidade dos solos. O limite de liquidez dos solos diminui e o de

plasticidade aumenta.

FIGURA 2 – Variação geométrica dos parâmetros de compactação para as misturas de solo-cal

(Alcântara, 1996).

Outros parâmetros que também passam por modificação são os de

compactação. Com o aumento do teor de cal para uma dada energia de compactação,

ocorre a elevação da umidade ótima, concomitantemente com a diminuição da massa

17

específica aparentemente seca. A variação sob forma genérica dos parâmetros de

compactação envolvendo o teor de cal é ilustrada na Figura 7.

Além dessas propriedades, a adição de cal pode interferir na expansão dos

solos, visto que esse processo se desenvolve em decorrência da atividade físico-

-química em razão de cargas elétricas não satisfeitas em estruturas minerais.

Particularmente, os solos com minerais do tipo “2:1” são os mais susceptíveis à

expansão. Os íons Ca2+ podem satisfazer a demanda de cargas, de modo que a

atividade físico-química seja inoperante.

Finalmente, considera-se a permeabilidade dos solos tratados com a cal.

Quando se considera o estado fresco, as misturas de solo-cal podem apresentar

mudanças em sua estrutura devido à floculação. Contudo, nas condições de trabalho,

é mais relevante o material no estado endurecido, o qual já passou pelo processo de

cimentação interna e redução da permeabilidade.

2.2.5 Fatores Tecnológicos Do Solo-Cal

Entre os fatores a serem considerados no estudo tecnológico do solo-cal,

podem ser citados as condições de compactação, as condições qualitativas da mistura

e os fatores relativos à cura. Um fator de extrema importância para a engenharia é o

conhecimento da densidade dos materiais que, no caso do solo-cal, é obtida por meio

do processo de compactação, o qual pode ser estático ou dinâmico. A energia aplicada

na compactação contribui para que seja alcançada a densidade desejada, que está

associada à umidade ótima do solo.

No contexto das condições qualitativas da mistura, pode-se citar o teor de cal, o

teor de umidade e o tipo de solo em termos de mineralogia, composição, estrutura e

granulometria. O incremento do teor de cal induz logicamente ao aumento dos valores

das grandezas que podem ser associadas na avaliação tecnológica do material.

Contudo, considerando-se que o processo se desenvolve quimicamente, existem,

evidentemente, condições particulares de equilíbrio e de viabilidade das reações

químicas, conforme o tipo de solo. Um dado teor de cal, em relação ao peso seco do

solo, pode ser considerado ótimo para um dado tempo de cura. O que for adicionado

em excesso poderá ser “sobra de reagente” ou interferir desfavoravelmente nas suas

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propriedades geotécnicas. O teor de umidade do solo, por sua vez, deve ser

compatível com a energia aplicada no processo de compactação.

Por fim, a cura do solo-cal é influenciada pelas condições de umidade,

temperatura ambiente e o tempo de cura. Normalmente, as reações que ocorrem entre

a cal e o solo são favorecidas pelo aumento da temperatura. Como o processo de

reações pozolânicas é lento, o teor ótimo de cal pode ser variável com o aumento do

tempo de cura, pois o aproveitamento da cal poderá ser máximo dentro de um período

crescente e, evidentemente, deverá ser compatível com as condições operacionais

dadas pela mistura e difusão da cal no solo.

2.2.6 Uso Da Cal Como Tratamento Primário E Construção De Pavimentos

A estabilização solo-cal em pavimentos é adotada considerando-se as

necessidades particulares de cada caso, muitas das quais podem requerer

intervenções que são relacionadas, por exemplo, ao reforço do solo do subleito, que é

um caso muito comum para esse tipo de estabilização, ou mesmo à execução própria

da base ou à melhoria do solo componente da base. No primeiro caso, de melhorias do

subleito, podem ser considerados, por exemplo, o caso dos solos argilosos e sílico-

-argilos, instáveis mecanicamente ou sujeitos à expansão. Para os casos de melhoria

do solo para a construção da base, consideram-se materiais como o cascalho argiloso,

o cascalho oriundo do rejeito de pedreiras ou a pedra britada suja por argila. Outros

casos particulares que ainda podem ser considerados são os de reparações de

pavimentos e de tratamento primário para a diminuição do índice de plasticidade em

rodovias.

O tratamento pode, conforme o caso, estar vinculado ao uso do solo local, in

situ, ou recorrer a uma área de empréstimo. A isso estão relacionados fatores técnicos

tanto de ordem construtiva operacional como da caracterização dos solos. Por

exemplo, a presença ou não de uma usina para a fabricação das misturas no local da

obra ou a qualificação dos solos locais.

19

Uma análise geológico-pedológica é imprescindível para a localização de uma

área de empréstimo. Recomenda-se, em geral, o uso de solos dos horizontes “B” ou

“C”, ou os solos tipo “A6” e “A7”, segundo a classificação Highway Research Board

(HRB). Os teores de cal requeridos para a estabilização devem ser definidos conforme

a orientação dada por meio de ensaios geotécnicos, privilegiando-se, sobretudo, os

ensaios de granulometria, os relativos aos índices de consistência e o ensaio do índice

de Suporte Califórnia, CBR. Contudo, como valores indicativos, podem ser utilizados

os dados fornecidos pela ABPC (1988b), conforme mostrado na Tabela 1.

Tabela 1 - Teores de cal recomendados conforme a natureza do solo ou o tipo de aplicação (ABPC,

1988b).

Os procedimentos construtivos normalmente requerem a preparação da

superfície com o auxílio da topografia, definindo-se a geometria da camada de base.

Providencia-se, em seguida, o desmonte do solo de jazida e seu transporte para o leito

preparado. No caso de se utilizar o próprio solo do local, efetua-se a escarificação do

subleito com um escarificador de garfo ou de grade. O controle da granulometria deve

ser realizado em ambos os casos com pulverizações sucessivas. A distribuição da cal

pode ser feita por meio da colocação de sacos de cal em locais predefinidos ou com

auxílio de espalhadores pneumáticos, ou ainda por aspersão de leite de cal contendo

35% de cal. A mistura íntima é realizada por escarificadores de garfo, de disco ou

rotativo. Então, pode-se realizar o acerto da umidade ótima com o auxílio de “carro-

-pipa”, e a compactação, com auxílio do rolo “pé-de-carneiro” ou o rolo liso. Segundo a

ABPC (1988a), o período de cura para esse tipo de situação varia entre cinco a sete

dias, podendo ser feita pelo borrifamento de água para manter a superfície úmida, ou

pelo selo de um revestimento à base de material asfáltico. Quando se trata de reforço

ou sub-base, a etapa da cura pode ser dispensada, podendo-se aplicar imediatamente

a camada de solo-cal para a base e proceder a compactação.

20

Em alguns casos, a mistura da cal e o acerto da granulometria do solo podem

demandar duas fases, com um período de cura intermediário de um a quatro dias.

Isso se dá em especial quando o solo é muito argiloso. Dessa forma, os torrões

podem se adequar às condições de se terem 100% passando na peneira de 38 mm e

60% na peneira de 12,7 mm.

A Figura 11 mostra o instante da realização da compactação do material na

pista com um rolo “pé-de-carneiro” após a mistura da cal, e a Figura 12, a execução de

serviços de pavimentação urbana a partir da utilização de misturas de solo-cal.

Ressalta-se que os serviços podem ser executados utilizando-se de mão de obra local,

preparada exclusivamente para esses serviços, permitindo às prefeituras realizarem os

serviços de pavimentação por administração direta, o que minimiza os custos dos

serviços de pavimentação.

Figura 3 - Compactação da mistura de solo-cal (Fonte: ABPC)

21

Figura 4 –Pavimentação urbana com uso de solo-cal (Fonte: ABPC)

Os controles que podem ser apontados para os casos de estabilização de solos

com cal são a curvatura e as dimensões do leito, a granulometria do solo, a distribuição

da cal, verificado pela variação do pH no leito, além dos ensaios corriqueiros de

validação em obras dados pela área de pavimentação.

2.2.7 Colunas Solo-Cal Para A Melhoria De Propriedades Geotécnicas E Reforço

As colunas de solo-cal têm por finalidade a obtenção da melhoria das

propriedades geotécnicas dos solos, tais como os parâmetros de resistência ao

cisalhamento e de permeabilidade dos solos. Essas melhorias são obtidas explorando-

se os fatores positivos da interação entre a coluna criada no solo e o solo em tomo da

coluna, conforme princípios geotécnicos.

O processo tecnológico de construção das colunas de solo-cal é apresentado

em Juran et al. (1989). Ele envolve a mistura dos solos in situ com a cal. Para tanto,

um equipamento perfurador giratório é mergulhado no solo até a profundidade

requerida pelo comprimento da coluna. A cal é forçada para dentro do solo por meio de

22

ar comprimido. O afastamento da broca se dá lentamente, de modo a se permitir a

mistura completa do solo com a cal e a compactação.

A ação das colunas de solo-cal reside no fato de que a transferência de carga

entre a coluna e o solo é similar a que é experimentada quando uma estaca é

introduzida no solo. Isso implica um movimento relativo muito pequeno entre a coluna e

o solo, capaz de desenvolver a completa adesão entre o solo e a superfície do

elemento. Distingue-se, então, o solo não tratado, em torno da coluna, e a coluna, os

quais se movem como uma unidade. As deformações na coluna são transferidas para

o solo entre elas. Sendo grande a área de contato entre o solo e as colunas, o valor da

profundidade necessária não será muito elevado, para que haja a completa

transferência de carga. A diferença principal entre os grupos de estaca e as colunas de

solo-cal é a deformabilidade e a compressibilidade da inclusão. Em ambos os casos,

considera-se a influência da resistência de ponta da inclusão.

As vantagens que podem ser advindas para o solo em decorrência do

tratamento são o aumento da capacidade de carga do terreno, a diminuição e o

controle do recalque diferencial e a aceleração da taxa de consolidação do terreno.

Como suposições para os projetos de colunas de solo-cal, tem-se que os recalques

são iguais em tomo do solo e da coluna, os solos argilosos são elásticos e as colunas

são consideradas elásticas, sendo a distribuição de cargas dependentes dos módulos

de elasticidade do solo e da coluna.

2.3 CAL

A cal é, certamente, o aglomerante mais antigo utilizado pela humanidade. Até a

invenção do cimento Portland, em 1824, era o único aglomerante utilizado, em

combinação ou não com pozolanas, na construção exposta às intempéries. A cal é um

aglomerante aéreo, possuindo baixa resistência à exposição continuada à água,

enquanto os cimentos são aglomerantes hidráulicos, adequados ao uso em obras

hidráulicas.

Seu endurecimento, quando comparado ao do cimento portland e gesso, é

muito lento, pois depende de difusão do CO2 para o interior do produto. Conceito como

tempo de pega, fundamental para o cimento e o gesso, não tem importância para a cal.

23

A resistência mecânica de produtos correntes que utilizam cal como aglomerante são

muito inferiores aos obtidos com o uso de cimento portland, pois, por diversas razões,

é difícil produzir sistemas com baixa porosidade.

Essa característica também leva os produtos correntes que utilizam cal a

apresentarem módulo de elasticidade inferior em comparação aos que utilizam cimento

portland, uma propriedade importante quando se trata de argamassas, por exemplo,

pois a redução do módulo de elasticidade significa menor rigidez à K argamassa com

cal, o que potencialmente contribui para sua maior durabilidade.

Assim, devido às suas características únicas, a cal permanece um material

importante em inúmeras aplicações na construção civil, não apenas em argamassas,

como também em concretos asfálticos, solos estabilizados, produção de isolantes

térmicos, blocos sílico-calcários e na confecção das tradicionais pinturas à base de cal.

Tem também grande uso em inúmeras outras áreas, como siderurgia, tratamento de

água, dessulfuração de gases, neutralização de resíduos ácidos, produção de papel. O

importante é que, na aplicação, se conheçam as características particulares a cada

um, tanto no estado fresco como no endurecido.

É um aglomerante inorgânico, produzido a partir de rochas calcárias, composto

basicamente de cálcio e de magnésio, que se apresenta na forma de um pó muito fino.

O endurecimento da cal ocorre por reação com o CO2. Existem duas formas de cal no

mercado: cal virgem e cal hidratada.

A cal virgem é constituída predominantemente de óxidos de cálcio e magnésio,

enquanto a cal hidratada, de uso mais comum na construção civil, é constituída de

hidróxidos de cálcio e de magnésio, além de uma pequena fração de óxidos não

hidratados. Além dessas fases principais, outras fases estão presentes, como os

carbonatos de cálcio e de magnésio. Uma das características mais importantes na

engenharia é a sua área específica, cerca de 10 vezes maior que a dos cimentos. Em

comum com os outros aglomerantes inorgânicos - gesso e cimento - há o fato de ser

solúvel em água.

Como acontece com os aglomerantes minerais, a composição química

influencia o desempenho da cal. Ela é controlada pela composição da matéria prima e

pelas condições do processo de produção. As matérias primas são carbonáticas: os

calcários, constituídos essencialmente de calcita (carbonato de cálcio), e os dolomitos,

constituídos essencialmente de dolomita (carbonato de cálcio e magnésio). Na

24

produção, a calcinação não atinge a transformação completa dos carbonatos em

óxidos; consequentemente, a cal virgem contém sempre presente uma porcentagem

residual de carbonatos. A hidratação dos óxidos também não é completa, e a cal

hidratada contém sempre uma porcentagem de óxidos não hidratados, também

chamados óxidos livres. As principais espécies químicas presentes estão detalhadas

na tabela 2.

Tabela 2 –Resumo das espécies químicas presentes nas cales.

Considerando-se espécies químicas puras, a composição teórica da matéria prima, da cal virgem e da cal hidratada são as constantes nas tabelas 3 e 4. Comparando-se esses valores aos da análise química, pode-se avaliar o grau de pureza dos produtos de mercado.

Tabela 3 – Calcário e cales cálcicas – composição teórica percentual obtida a partir de matérias primas

puras.

Tabela 4 – Dolomita e cales dolomíticas – composição teórica percentual.

25

Estão também presentes as impurezas da matéria-prima, como quartzo e

argilo-minerais, identificáveis na análise química como resíduo insolúvel, incluindo uma

fração clinquerizada, produto da interação do argilo-mineral com o óxido de cálcio.

O aglomerante é o hidróxido, e a capacidade aglomerante da cal hidratada é

quantificada pelo teor dos hidróxidos presentes no produto. No caso da cal virgem,

antes do seu uso é necessário proceder à hidratação. No entanto, em qualquer cal

hidratada, existe uma fração de óxidos não hidratados. Uma fração mais reativa

desses óxidos remanescentes, em contato com umidade, tanto no armazenamento

como na argamassa aplicada, pode hidratar-se. Outra fração de óxidos submetida à

calcinação excessiva não mais se hidrata, sendo, por isso mesmo, denominados

“calcinados à morte”. Consequentemente, o teor de óxidos constitui-se na fração

potencialmente aglomerante da cal.

Os carbonatos residuais constituem-se na fração inerte da cal, embora, devido à

sua finura, tenham um efeito físico nas propriedades durante e após aplicação. A

fração clinquerizada é também potencialmente aglomerante; em teores elevados,

confere à cal virgem ou hidratada um índice de hidraulicidade característico.

Em resumo, tanto a cal virgem quanto a cal hidratada são constituídas de uma

fração efetivamente aglomerante (os hidróxidos), uma fração potencialmente

aglomerante (os óxidos), e uma fração inerte (óxidos calcinados à morte, impurezas e

carbonatos).

2.3.1 O Ciclo Da Cal - Reações Químicas Na Produção E Durante Seu

Endurecimento

O processo produtivo se inicia com a transformação das rochas carbonáticas

mineradas, os calcários e dolomitos, em óxidos (cal virgem) e anidrido carbônico. Essa

etapa é realizada em um fomo a uma temperatura de calcinação entre 900°C e

1.100°C, consumindo uma quantidade de energia Q, 2 e liberando o CO2 presente no

carbonato, e também o resultante da oxidação do combustível.

A energia que os óxidos acumulam é elevada, o que os toma instáveis, reagindo

espontaneamente com a água ou com a umidade do ar formando os hidróxidos (cal

26

hidratada). Essa reação de hidratação se dá com liberação de energia Ql, na forma de

calor de hidratação, e provoca um aumento de volume (expansão) significativo. O

aumento de volume provoca uma desagregação, responsável pela elevada área

específica que a cal hidratada apresenta.

A energia Q2 contida nos hidróxidos é ainda elevada, reagindo

espontaneamente com o anidrido carbônico (CO2) presente no ar, gerando carbonato,

produto mais estável e que fecha o ciclo. Nesse processo, cristais de carbonato

formados ligam-se mais fortemente com os agregados e entre si.

A cal hidratada é, pois, produzida em duas etapas: a primeira é a calcinação

da matéria prima, e a segunda, a hidratação da cal virgem. No emprego como

aglomerante, é suspensa em meio aquoso e, ao longo do tempo, após evaporação da

água em que foi misturada, endurece em presença de umidade, por reação com o

anidrido carbônico do ar que penetra nos vazios deixados pela água que evapora. A

Figura 5 ilustra esse ciclo.

2.3.2 Matéria Prima

Figura 5 – O ciclo de transformações da materia prima e da cal.

Nos dois primeiros passos, situa-se a produção, cuja qualidade é

responsabilidade do fabricante; no terceiro, têm-se a utilização e a aplicação, cuja

27

responsabilidade é do construtor. Tomando-se como exemplo o seu emprego em

argamassas de reboco, no seu preparo, cal e a areia são amassadas com água

suficiente para uma consistência e trabalhabilidade adequadas à aplicação. No

endurecimento, a água de amassamento é evaporada. Esta evaporação fornece uma

consolidação inicial e libera os poros para a penetração do CO2. Esse gás reage com

o óxido substituindo a água de hidratação ao longo do tempo e regenerando o

carbonato. Esse processo inicia-se na superfície e penetra pela rede de poros formada

pela evaporação da água. Desde que o endurecimento é, principalmente, devido à

carbonatação dos hidróxidos, a melhor cal é a que foi bem calcinada e produzida a

partir de matéria-prima rica em carbonatos.

A presença de óxidos não hidratados na cal, seja por deficiência na hidratação,

seja por supercalcinação, que venham a se hidratar após o endurecimento da

argamassa, apresentará o fenômeno patológico de expansão, com efeitos diferentes

para o óxido de cálcio e óxido de magnésio.

2.3.1 Cal Virgem

2.3.1.1 Composição química

A análise química inclui as determinações essenciais para o cálculo dos

óxidos totais na base não volátil. Determina: o teor de voláteis, também conhecido

como perda ao fogo, definida como a quantidade de massa perdida por aquecimento a

1.000°C (PF); sílica e resíduo insolúvel em ácido clorídrico (SiO2 + RI); óxidos de ferro

e de alumínio (A12O3 + Fe2O3); óxido de cálcio (CaO) e óxido de magnésio (MgO),

que permitem avaliar a qualidade da matéria prima; anidrido sulfúrico (S03)

proveniente do enxofre do combustível, ou da gipsita eventualmente presente como

mineral acessório da matéria prima; e o anidrido carbônico (CO2), que permite

identificar o controle da calcinação na produção.

As rochas carbonáticas como materiais naturais têm composição variável, tanto

quanto ao teor de diferentes carbonatos como ao de minerais acessórios (impurezas).

Dependendo da proporção entre carbonato de cálcio (calcita) e de magnésio (dolomita)

na matéria prima, a cal virgem pode ser cálcica, magnesiana ou dolomítica. Quando

não se conhece a composição mineralógica da matéria prima, considera-se: a dolomita

28

possui uma relação CaO/MgO teórica igual a 1,38, valor que se mantém nas cales

virgem e hidratada; do universo das cales analisadas no IPT conclui-se que essa

relação pode chegar a 2,5. Valores superiores são atribuídos a cales magnesianas. As

cales cálcicas apresentam um teor de MgO de 4%, no máximo; a relação CaO/MgO é,

assim, muito elevada (Tabela 5). A cal virgem cálcica é procedente de um calcário

quase puro. A composição química das matérias-primas correspondentes às cales

cálcica e dolomítica estão indicadas na tabela 5.

Tabela 5 – Exemplo de composição percentual de diferentes cales virgens.

2.3.1.2 Microestrutura

As micrografias da Figura 6, obtidas ao microscópio eletrônico de varredura,

ilustram a microestrutura das mesmas cales da figura 6 com a mesma granulometria.

Observa-se que a morfologia dos grãos e o estado de agregação são diferentes,

conseqüentes à composição e microestrutura da matéria prima e às condições de

calcinação, resultando em áreas específicas diferentes, determinadas segundo método

BET.

Figura 6 – Micrografias de amostras de cales obtidas de diferentes matérias primas, ao microscópio eletrônico de varredura.(Cioncotto, 1987).

29

2.3.3 Cal Hidratada

No mercado brasileiro, existem três tipos de cales, especificadas de

acordo com a sua composição química e ensaios físicos. Quanto à composição,

são diferenciadas primeiro pelo teor de óxidos totais e, segundo, pelo teor de 1;

carbonato ainda presente: a) a cal CH I deve ter teor de óxidos totais acima de

90%, enquanto as cales CH II e III acima de 88%; b) as cales CH I e CH II devem

ter no máximo 5% de CO2 enquanto a cal CH III pode ter até 13%. Não há

diferenciação com relação ao teor de MgO.

2.3.3.1 Composição química (NBR 6473/03)

A norma sobre a análise química é válida para cal virgem e cal hidratada.

O 1; Tabela 6 apresenta exemplos de composição dos três tipos de cal hidratada.

A cal CH I apresentada é uma cal hidratada cálcica ou alto cálcio, produzida de

calcário de elevada pureza (óxidos totais na base não volátil de 96,8 %),

combaixo teor de carbonatos. As duas outras cales, classificadas como CH II e

CH IIIsão dolomíticas, produzidas em fornos a lenha, com teor de anidrido

sulfúrico muito baixo. O teor de impurezas da matéria prima é indicado pelo teor

de resíduo insolúvel; mas, pelo teor de óxidos totais, na base não volátil, essas

cales atendem à especificação. A cal CH III possui teor de carbonatos mais

elevado.

Tabela 6 – Exemplo de resultados, em % de análise q uímica da cal hidratada(NBR 6473/03,

ABNT, 2003).

30

2.3.3.2 Microestrutura

O hidróxido de cálcio cristaliza na forma de placas hexagonais. Mas,

devido às cargas superficiais, elas empilham, aderindo-se segundo o plano da

maior dimensão. Assim, o aspecto do produto industrial ao microscópio eletrônico

de varredura é o de partículas aglomeradas. Nas cales dolomíticas, esse

empilhamento é menos acentuado podendo-se mesmo distinguir algumas placas

(Figura 7).

Figura 7 – Micrografias de amostras de cales obtidas de diferentes matérias primas, ao microscópio eletrônico de varredura.(Cioncotto, 1987).

2.3.3.3 Requisitos e critérios da qualidade da cal hidratada

A norma NBR 7175/03 (ABNT, 2003) especifica três tipos de cal

hidratada, diferenciando-as quanto ao teor de óxidos totais na base não volátil,

teor que indica a pureza da matéria prima empregada na produção; teores de

anidrido carbônico como indicados no Quadro 8, diferenciados se a cal hidratada

foi coletada na fábrica ou no depósito, admitindo, assim, a possibilidade de

carbonatação no armazenamento.

31

2.3.3.4 Requisitos químicos

Algumas considerações podem ser feitas, para melhor compreensão dos

requisitos químicos especificados,constantes do Tabela 7

Tabela 7 – Cal hidratada para construção – exigências químicas(NBR 6453/03, ABNT, 2003).

Além da composição química, outros requisitos são também exigidos:

finura, estabilidade, plasticidade, retenção de água e índice de incorporação de

areia, cada um com os seus respectivos critérios e métodos de ensaio

especificados (Quadro 12). Os requisitos químicos e a finura permitem controlar o

processo de produção; os demais requisitos físicos visam qualificar a cal quanto

ao seu desempenho em argamassa.

2.3.3.5 Óxidos totais

Do mesmo modo que para a cal virgem, os resultados da análise

química (NBR6473/03, ABNT, 2003) permitem avaliar a qualidade da matéria

prima utilizada e do processo de produção. Sendo o teor de óxidos de cálcio e de

magnésio os que propiciam o endurecimento da argamassa, a melhor cal é a

mais rica em óxidos: o seu teor é calculado a partir dos resultados da análise

química, eliminando-se os constituintes voláteis - a água combinada e o anidrido

carbônico. Coerentemente com os critérios adotados para a cal virgem, a

especificação estabelece os teores mínimos de 90% e de 88% de óxidos totais

na base não volátil.

32

2.3.3.6 Resíduo insolúvel – impurezas

Se o teor mínimo de óxidos é de 88% e de 90%, segue-se que a cal

virgem pode ter no máximo 12% e 10% de impurezas. Elas provêm da rocha,

constituídas comumente de quartzo e de argilo-minerais, e vão permanecer no

produto hidratado em porcentagens correspondentes. Sendo a cal solúvel em

ácido clorídrico, o teor dessas impurezas pode ser identificado pelo resultado do

resíduo insolúvel.

2.3.3.7 Anidrido carbônico

A calcinação deve ser bem conduzida de modo a deixar os óxidos livres

para a hidratação. Como os carbonatos remanescentes permanecem no produto

hidratado, a cal virgem pode conter até um máximo de CO2 na produção, de 6%

para o tipo CV-E e de 12 % para os tipos CV-C e CV-P, a fim de que o seu teor

na cal hidratada não ultrapasse os limites correspondentes de 5% para a cal CH I

e de 13% para as cales hidratadas CH II ou CH III.

2.3.3.8 Água combinada

Se a etapa de hidratação no processo de produção foi bem conduzida, o

teor de água combinada é elevado. Se a especificação limita o teor mínimo de

óxidos totais em 88% ou 90%, o teor de água combinada corresponde,

respectivamente, a 21,4% e 21,9% para a cal cálcica, e a 23,9% e 24,5% para a

cal dolomítica. Como ponto de referência, podemos considerar o teor de água

combinada dos hidróxidos de cálcio e de magnésio puros, ou seja, de 24,3% para

a cal cálcica e de 27,2% para a cal dolomítica. Esses valores constituem-se em

referências teóricas, uma vez que a cal nem sempre é essencialmente cálcica ou

dolomítica, i além de conter um teor de óxidos não hidratados.

33

2.3.3.9 Óxidos livres

A necessidade de se limitarem os óxidos livres deve-se ao fato de a

hidratação poder se dar ao longo do tempo, quando a argamassa à base de cal já

está aplicada. Como a hidratação se dá com aumento de volume, o efeito é de

expansão da argamassa. O aumento de volume na hidratação do óxido de cálcio

é de 100%. Nas argamassas de reboco, se a cal contém grãos grossos, e a

areiafor fina, os vazios entre os grãos não são suficientes para acomodar o

hidróxido formado. É possível prevenir esse fenômeno pelo controle da finura da

cal na produção.

O aumento de volume devido à hidratação do óxido de magnésio é de

110%. Por condições termodinâmicas de decomposição, nas cales dolomíticas, o

óxido de magnésio é sempre supercalcinado em relação ao óxido de cálcio e,

consequentemente, de hidratação mais lenta. Em consequência, uma fração do

magnésio permanece na forma de óxido e se hidratará após o emprego da cal.

No caso das argamassas, a hidratação vai ocorrer após o endurecimento. O

aumento do volume gera uma força expansiva na camada do revestimento. Em

casos em que a fração de óxido de magnésio que se hidrata é muito grande, o

esforço leva à destruição da ligação argamassa-base e ao empolamento

(formando “bolhas”).

A fim de prevenir tais efeitos deletérios, a norma limita o teor total de

óxidos livres a < 10% para o tipo CH I e a < 15% para os tipos CH II e CH III.

Esses teores são expressos pela soma (CaO + MgO), porque o cálculo a partir

dos dados da análise química não permitem a obtenção de resultados individuais

desses óxidos. A determinação precisa da fração de óxidos de cálcio e magnésio

(não hidratados) somente é possível por meio da termogravimetria.

2.3.3.10 Qualidade na cal hidratada - misturas inertes

O processo de produção de cal hidratada é dispendioso, pois depende

de consumo elevado de energia para a descarboantação da matéria prima. Por

essa razão, a mistura de cal hidratada com produtos inertes - normalmente

mistura de composição variável e descontrolada, envolvendo diferentes argilo-

34

minerais, minerais popularmente conhecidos como “filitos”, quartzo, feldspato e

micas - permite redução significativa do custo de produção. E, portanto, muito

atrativa do ponto de vista econômico, especial mente junto a um mercado

consumidor desinformado. Estudos mostravam a presença de produtos contendo

até 74% de material insolúvel sendo comercializado como cal hidratada. A

presença de insolúveis reduz significativamente a capacidade aglomerante da

cal, como observado na Figura 8.

Figura 8 – Correlação entre resíduos insolúveis e óxidos totais.

A proliferação de empresas que de liberadamente produziam e

comercializavam cal adulterada ameaçava a sobrevivência de empresas que

produziam dentro das normas e que eram forçadas a competir com produto de

custo e desempenho muito inferiores. Para combater essa situação, desde

novembro de 1995, a ABPC (Associação Brasileira dos Produtores de Cal) vem

implementando o “Programa da Qualidade da Cal Hidratada para a Construção

Civil”, com o objetivo principal de detectarem-se produtos que permanecem

sistematicamente fora da norma.

Esse programa coleta, periodicamente, amostras de cal de diversos

fabricantes (participantes ou não do programa) em revendas de diferentes

regiões do País e as submete à análise de acordo com a norma técnica. Ele

permite identificar empresas e produtos que sistematicamente estão

35

desconformes com a normalização, prejudicando usuários e concorrendo de

forma desleal. Documentada a prática de desrespeito sistemático às normas,

essas empresas são denunciadas ao Ministério Público e acionadas

judicialmente. Desde o início do Programa, têm sido verificadas melhorias

contínuas na qualidade das cales hidratadas, com grandes ganhos para a

sociedade. Atualmente, esse Programa está inserido no PBQP-H (Programa

Brasileiro da Qualidade e Produtividade do Habitat). É gerenciado pela empresa

Tesis (Cukierman, Costa e Seabra, 1999, 2001, 2003, 2005). Os ensaios de

qualidade são realizados no IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado

de São Paulo). Desde junho de 2003, a qualidade do setor passou a ser

analisada com base no novo texto normativo da NBR 7175/03 (ABNT,2003),

cujos limites de especificação atualizados apresentam-se mais rígidos do que os

da versão de 1992. A cada trimestre é emitido um Relatório Setorial com o

panorama do setor no portal do PBQP-H.

Como para os Programas Setoriais da Qualidade as ações quanto ao

combate à não conformidade intencional adquirem uma importância tão relevante

quanto à demonstração da conformidade, as auditorias são mais freqüentes do

que as determinadas tradicionalmente pelo modelo 4.

2.4 ESTUDOS GEOLÓGICOS

O objetivo dos estudos geotécnicos aqui apresentados é dar subsídio à

elaboração dos demais projetos de engenharia a partir da análise da área em

estudo do ponto de vista da geologia local e de seus aspectos geomorfológicos,

pedológicos e climatológicos, no nosso caso em específico é analisar e apassivar

a expanssão do solo de toda extensão da obra.

A àrea de estudo compreende o trecho de duplicação da BR-376, no

Município de Ortigueira, Estado do Paraná, cuja extensão é de aproximadamente

5 km (Figura 9).

36

FIGURA 9 - Localização do Município de Ortigueira no Estado do Paraná. Fonte: Modificado de

Google Earth.

2.4.1 Aspectos Geológicos, Litológicos, Estratigráficos, Estruturais e Tectônicos

O trecho em estudo localiza-se sobre o Grupo Passa Dois, tendo como

principais litologias a Formação Teresina (P3t) e secundariamente, ocorrendo ao

redor da área de estudo as rochas das Formações Serra Alta (P23sa) e Irati (P2i),

além da Formação Palermo (P1p) pertencente ao Grupo Guatá (Figura 10).

37

FIGURA 10 – Mapa Geológico do trecho no Município de Ortigueira.(folha Telemaco Borba)

38

2.4.2 Formação Teresina

De acordo com Neves et al. (2011), a Formação Teresina está situada na

região central e norte do Estado do Paraná. As rochas desta unidade são

predominantemente constituídas por sedimentos com granulação fina, fácies

heterolíticas com acamamento flaser/wave/lenticular de folhelhos cinza e arenitos

muito finos interlaminados, geralmente encontram-se bioturbados e por vezes

com gretas de contração e fácies de arenitos finos com laminações cruzadas por

ondas ou estratificação cruzada hummocky, Lavina (1991; Rohn, 1994, citado em

Neves et al. 2011).

Segundo Neves et al. (2010), as rochas siliciclásticas da Formação

Teresina estão organizadas como sucessões granocrescentes cíclicas. Os

carbonatos da Formação encontram-se frequentemente posicionados entre estas

sucessões siliciclásticas, onde a maioria apresenta certa proporção de grãos de

quartzo, indicando uma possível cimentação siliciclástica e carbonática

concomitante em sítios deposicionais distintos da Bacia do Paraná.

A Formação Teresina apresenta-se bastante espessa, variando de 200 a

300m, caracterizada pela alternância de argilitos e folhelhos cinza esverdeados

com siltitos e arenitos muito finos (MINEROPAR, 2002).

O contato desta Formação com a Formação Rio do Rasto e com a

Formação Serra alta é transicional.

2.4.3 Formação Serra Alta

Segundo White (1908) esta Formação tem parte dos seus sedimentos

incluidos na Unidade designada “Folhelho Irati”, posteriormente outros autores

utilizaram denominações como Estrada Nova, Estrada Nova Inferior, Grupo

Estrada Nova ou Andar Estrada Nova para esta unidade.

De acordo com Kaul (2002), o termo Serra Alta foi proposto por Gordon

Júnior (1947), por considerá-la como um dos Membros da Estrada Nova. Brito &

Bertini (1982) identificam a Formação Estrada Nova como sendo constituída

predominantemente por siltitos e arenitos finos com calcarenitos e coquinas

39

associadas, e seu Membro Inferior (Formação Serra Alta) como uma sequência

homogênea de argilas, folhelhos e siltitos cinza escuros.

Segundo Krebs (2004), Sanford & Lange (1960) elevaram a Unidade Serra

Alta à categoria de Formação, onde ela tem sido mais comumente usada.

Kaul (2002) cita que a Formação Serra Alta compreende uma sequência

que apresenta como estrutura principal a fratura conchoidal, lentes e concreções

calcíferas. Sua deposição ocorreu no Permiano Superior, no Kazaniano (atual

Mesopermiano – Guadalupiano).

O ambiente deposicional é considerado como marinho de águas calmas,

abaixo do nível de ação das ondas normais na porção inferior, e ambiente

marinho de águas rasas e agitadas dominado por ondas e pela ação de marés

(inframaré e supramaré) na porção superior, KREBS (2004).

O contato entre a Formação Serra Alta e as Formações Teresina e Irati é

transicional.

As Argilas de Ortigueira são geologicamente classificadas como argilas

residuais, originadas da alteração superficial de sedimento marinhos argilosos,

pertencentes às formações sedimentares da Bacia do Paraná, principalmente das

formações Teresina e Serra Alta, originando um espesso manto de alteração,

geralmente superior a 10 m de espessura, de composição argilosa, às vezes

oxidado, de cor vermelha, cinza claro e bege, localmente denominado de taguá

ou argila de barranco (MINEROPAR, 2002).

2.4.4 Grupo Passa Dois

White (1906, citado em Brito & Bertini, 1982) classificou como Grupo

Passa Dois a série intermediária do então denominado “Sistema Santa Catarina”,

desta forma, o termo foi introduzido pela primeira vez na literatura geológica.

De acordo com Mühlmann et al. (1974) este Grupo inclui as Formações

Irati, Serra Alta, Teresina e Rio do Rasto (Figura 11).

40

Figura 11: Carta estratigráfica das sequências Permocarboníferas da Bacia do Paraná. Fonte:

Modificado de Mineropar (2007).

2.5 CLIMA

Segundo a classificação de Köppen, o clima no município de Ortigueira/PR

é Cfa. (Clima Subtropical Úmido Mesotérmico). Apresenta verões com

instabilidade climática ocasionada pela ação conjunta do calor e da umidade, com

temperaturas acima de 30ºC e com chuvas. O outono e a primavera estão

relacionados a transição entre o calor do verão e o clima frio e seco do inverno,

nestas estações as temperaturas variam entre 13ºC e 24ºC. O inverno possui frio

intenso a noite e tardes secas.

S

41

2.6 SOLOS DA REGIÃO

Os solos da região são originários em sua quase totalidade das rochas da

Formação Teresina, Grupo Passa Dois. Estes são compostos por argissolos,

cambissolos, latossolos, neossolos e nitossolos (Figura 12).

FIGURA 12 – Mapa de solos do Paraná com destaque para o Município de Ortigueira. Fonte: Modificado de ITCG (2008).

2.6.1 Argissolos

Segundo Lima et al. (2012), os Argissolos são definidos pela presença do

horizonte diagnóstico B textural, apresentando acúmulo de argila em

profundidade devido a mobilização da parte mais superficial do solo. O horizonte

A encontra-se mais arenoso e por este motivo apresenta reduzida capacidade de

reter nutrientes para as plantas.

De acordo com Zaroni & Santos (2006), estes solos, podem ser alíticos

(altos teores de alumínio), distróficos (baixa saturação de bases) ou eutróficos

(alta saturação de bases), sendo normalmente ácidos.

0 40km20

42

Lima et al. (2012) cita que os Argissolos não predominantes em 15,5% do

território paranaense, desde o litoral até o noroeste, entretanto são escassos nas

regiões de rochas basálticas, nas regiões norte, oeste e sudoeste do estado.

2.6.2 Cambissolos

Segundo Jarbas et al. (2005) os Cambissolos são fortemente drenados,

rasos e profundos. O horizonte diagnóstico desses solos é o B incipiente, que

apresenta textura franco-arenosa ou mais argilosa. A estrutura pode variar entre

blocos, granular ou prismática.

Ainda de acordo com os mesmos autores, estes solos apresentam

espessura mediana, entre 50 a 100cm de profundidade. São eutróficos ou

distróficos e apresentam bom potencial agrícola, porém quando situados em

planícies aluviais estão sujeitos a inundações, que quando frequentes, limitam o

pleno uso desses solos.

Segundo Lima et al. (2012), os cambissolos são predominantes em

aproximadamente 11% do território paranaense, principalmente nas regiões sul e

leste do estado.

2.6.3 Latossolos

Segundo Santos & Zaroni (2005), os Latossolos apresentam

intemperização intensa, e foram definidos pelo SiBCS (Embrapa 2006) pela

presença de horizonte diagnóstico latossólico e características como: argilas com

predominância de óxidos de ferro, alumínio, silício e titânio, argilas de baixa

atividade (baixa CTC) fortemente ácidos com baixa saturação de bases.

De acordo com Lima et al. (2012), eles ocupam normalmente os topos de

paisagens, em relevos mais planos. São muito porosos, permeáveis, apresentam

boa drenagem e são muito profundos

Estes solos apresentam baixa fertilidade, de acordo com Santos & Zaroni

(2005), os autores citam que isto só não ocorre quando os latossolos são

originados de rochas mais ricas em minerais essenciais às plantas, com acidez e

43

teor de alumínio elevados. São solos associados a uma boa permabilidade, por

serem bem estruturados e porosos apresentam boas condições físicas para o

uso agrícola, porém também apresentam baixa retenção de umidade.

Segundo Lima et al. (2012), os latossolos é a principal classe de solo

encontrada no Paraná, ocupando aproximadamente 31% do território estadual.

2.6.4 Neossolos

Segundo o Lima et al. (2012), os Neossolos são solos rasos em estágio

inicial de evolução, apresentando comumente o horizonte A sobre o horizonte C

ou sobre a rocha de origem.

Os autores Santos & Zaroni (2005), classificam os Neossolos como

constituídos por material mineral ou orgânico pouco espesso, com insuficiência

de manifestação dos atributos diagnósticos.

Ainda de acordo com o autor anterior, os neossolos apresentam

predomínio de características herdadas do material originário, com alta saturação

por bases (eutróficos) ou baixa saturação (distróficos), acidez e altos teores de

alumínio e sódio.

Lima et al. (2012) informa que a ocorrência deste tipo de solo predomina

em aproximadamente 22% do território paranaense, observado em todas as

regiões porém com pouca incidência na região nordeste.

2.6.5 Nitossolos

De acordo com Santos & Zaroni (2005) são solos constituídos por material

mineral, não hidromórfico, com horizonte diagnóstico subsuperficial B nítico, em

sequência ao horizonte A.

Lima et al. (2012) conceitua este tipo de solo pela presença do horizonte B

com agregados que apresentam brilho característico (reluzente) em sua

44

superfície. Este brilho pode ser proveniente de argilas vindas de outros horizontes

superficiais do solo em suspensão na água.

Santos & Zaroni (2005) também citam que os Nitossolos apresentam

textura argilosa ou muito argilosa (com teores de argila maiores que 350g/kg de

solo). Esta classe de solo está mais relacionada ao material de origem, como

rochas básicas (basalto diabásio) e rochas calcáreas, podendo também ser

associados a rochas intermediárias (gnaisses e charnoquitos). São solos

profundos e bem drenados, com cores que variam entre vermelho e brunada.

A ocorrência desses solos é de aproximadamente 15% no território

paranaense, principalmente nas regiões norte, oeste e sudeste do estado, em

relevos moderadamente declivosos.

2.7 VEGETAÇÃO

A região do Município de Ortigueira pertence à região dos Campos Gerais,

localizado no Segundo Planalto Paranaense. (Figura 13).

FIGURA 13 –Mapa com a classificação da cobertura vegetal do Estado do Paraná. Fonte:

IPARDES.

Município de

Ortigueira

45

De acordo com Kozera et al. (2006), a vegetação de Floresta Ombrófila

Mista é uma das denominações atribuídas às formações florestais caracterizadas

pela presença de Araucaria augustifolia (Araucariaceae), espécie arbórea

também conhecida como pinheiro-do-paraná ou pinheiro-brasileiro. Esta

vegetação compreende florestas típicas dos planaltos da região Sul do Brasil.

Ainda de acordo com Kozera et al. (2006), estas regiões apresentam

valores de precipitação entre 1.500 e 1.750 mm anuais e temperatura variável,

sendo que no verão as médias situam-se entre 20ºC e 21ºC e no inverno entre

10ºC e 11ºC.

2.8 HIDROGRAFIA

Os principais rios do Segundo Planalto Paranaense são o rio Iguaçu,

Negro, Tibagi e seus afluentes da margem direita, Pitangui, Iapó, e Itararé. Os

rios Iguaçu, Negro, Pitangui, Iapó e Itararé são rios antecedentes, isto é, são mais

antigos que o relevo escalonado atual, vindos de leste e dirigindo-se para oeste

ou norte, atravessam as escarpas em gargantas profundas esculpidas pela

erosão. Já o rio Tibagi, que possui suas nascentes nos Campos Gerais, no

próprio Segundo Planalto, é um exemplo de rio consequente, isto é, acompanha

o declive do relevo regional até próximo da Escarpa da Serra Geral, onde passa a

comportar-se também como um rio antecedente (UEPG).

De acordo com Scroccaro & Pereira (2010), a Bacia Hidrográfica do

Tibagi, está dividida nas Unidades Hidrográficas de Gestão de Recursos Hídricos,

em: Alto Tibagi (Figura 6) e Baixo Tibagi. Apresenta uma área total de 24.937,4

km² (SEMA-2007), compreendendo cerca de 13% do estado do Paraná e

abastecendo uma população total de 1.493.876 habitantes (IBGE-2004).

46

O município de Ortigueira está localizado na Bacia Hidrográfica Alto Tibagi.

Os principais rios que cortam o município são: o Rio Tibagi que ocupa grande

extensão com aproximadamente 45 km; o Rio do Peixe, com 20 km; e o Rio do

Burro, com 15 km.

FIGURA 14: Mapa das Unidades Hidrográficas do Paraná – com destaque para a Unidade Alto Tibagi, localização do Município de Ortigueira. Fonte: Modificado de ATIG/SUDERHSA (2007).

2.9 ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS

O Estado do Paraná apresenta compartimentação geomorfológica onde se

destacam os planaltos escalonados, com caimento para oeste-noroeste,

separados por escarpas que formam verdadeiros degraus topográficos

verticalizados. De leste para oeste tem-se a Planície Costeira, a Serra do Mar, o

Primeiro Planalto Paranaense, a Escarpa Devoniana, o Segundo Planalto

Paranaense, a Serra Geral e, finalmente, o Terceiro Planalto Paranaense, o qual

se estende às margens do Rio Paraná.

De acordo com Oka-Fiori et al. (2006) o relevo paranaense está inserido

em duas grandes unidades morfoestruturais do Planalto Meridional brasileiro: A

Borda Cristalina Oriental e a Bacia Sedimentar do Paraná. No Estado do Paraná

a área Pré-Cambriana que ocupa a parte oriental do Estado constitui a Borda

47

CristalinaOriental e sua origem está ligada à tectônica Terciária, com

soerguimento e basculamento do conjunto cristalino, bem como a formação de

falhas, fraturas e flexuras que orientam a direção da Serra do Mar (borda oriental

do embasamento cristalino soerguido).

Ainda segundoOka-Fiori et al. (2006), desenvolve-se também o Planalto

ou Maciço Cristalino Atlântico, ou Primeiro Planalto Paranaense, onde este não

apresenta continuidade para sul.

Maack (1981 citado em Oka-Fioriet al., 2006) cita que a Serra do Mar no

Paraná ergue-se como um paredão abrupto, de altitudes superiores a 1000 m, e

não representa apenas um degrau entre o mar e o planalto que se desenvolve

para o interior, mas uma serra marginal típica que se eleva sobre o nível médio

do planalto.

De acordo com Santos et al. (2006), o Segundo Planalto Paranaense

encontra-se esculpido na faixa de rochas Paleozóicas e apresenta-se como um

planalto modelado em estruturas monoclinais, sub-horizontais, que mergulham

para oeste. Os limites desse planalto encontram-se entre a escarpa Devoniana a

leste e a escarpa arenito-basáltica ou Triássico-Jurássica (Figura 14).

48

FIGURA 14: Bloco diagrama com os compartimentos geológicos /geomorfológicos do Estado do

Paraná. Fonte: elaborado por Otávio A. B. Licht. Mineropar (2006).

49

A região de estudo está descrita na Folha Telêmaco Borba,

(MINEROPAR, 2006). O Município de Ortigueira situa-se no Segundo Planalto

paranaense, na sub-unidade morfoescultural denominada Planalto de Ortigueira,

região 2.3.13 da Figura 15.

FIGURA 15- Carta Geomorfológica – Folha Telêmaco Borba – Folha SG.22-X-A. Fonte:

Modificada de MINEROPAR (2006).

A subunidade Planalto de Ortigueira apresenta dissecação alta e ocupa

uma área de 1.861,29 km², o que corresponde a pouco mais de 11% da Folha de

Telêmaco Borba (Mineropar 2006).

Ainda de acordo com o mesmo autor, predomina a classe de declividade

que está entre 6 e 30% em uma área de 1.004,81 km², com o gradiente

apresentado pelo relevo de aproximadamente 640 m com altitudes que variam

entre 500 e 1.140 m.

2.3.4

0 20km10

50

As formas de relevo predominantes no Planalto de Ortigueira são topos

alongados em cristas, vertentes retilíneas e vales em “V”, e a direção geral da

morfologia é NW/SE modelada em rochas da Formação Teresina, Grupo Passa

Dois.

51

3 METODOLOGIA ADOTADA

Nesta fase, o estudo compreendeu primeiramente a etapa de escritório

onde foram realizadas pesquisas bibliográficas para coleta de dados regionais,

análise de mapas e imagens aéreas. A segunda etapa, composta por inspeções

de campo, teve como principal objetivo sanar dúvidas, verificar as condições

geológicas existentes em campo e de ocorrências instaladas ou indícios de

processos naturais ou antrópicos que possam representar risco para a segurança

e integridade da obra a ser implantada.

A partir da análise dos dados levantados, teve início a terceira fase desse

estudo que consistiu na elaboração de programações de sondagens e ensaios

laboratoriais para aquisição de dados específicos sobre o material encontrado na

região, cujos resultados servirão de subsídio tanto para o projeto de

terraplanagem, como para o projeto de pavimentação em especial.

Em atendimento às diretrizes do DNIT apontadas na IS-206 – Instrução de

Serviços para Estudos Geotécnicos, também foram levantadas as áreas de

ocorrências de materias para pavimentação e terraplenagem.

3.1 SPT

De acordo com a NBR 6484, O ensaio de SPT consiste na

cravação vertical no solo, de um cilindro amostrador padrão - Barrilete, através de

golpes de um martelo com massa padronizada de 65 kg, solto emqueda livre de

uma altura de 75 cm. São anotados os números de golpes necessários à

cravação do amostrador em três trechos consecutivos de 15 cm sendo que o

valor da resistência à penetração (NSPT) consiste no número de golpes aplicados

na cravação dos 30 cm finais. Após a realização de cada ensaio, o amostrador é

retirado do furo e aamostra é coletada, para posterior classificação que

geralmente é feita pelo método Tátil-visual.

52

Em todo o trecho estudado, foram executados vários ensaios de SPT e a

percursão, utilizaremos o trecho em pior condição, com o qual estudaremos a

expansividade do solo assim como a remediação da mesma.

Figura 16 - Ensaio de Sondagem Próximo ao furo ST 134 - Relizado pela Strato Sondagens

53

Figura 17 - Ensaio de Sondagem Próximo ao furo ST 204 - Relizado pela Strato Sondagens

54

Figura 18 - Ensaio de Sondagem Próximo ao furo ST 288 - Relizado pela Strato Sondagens

De acordo com os ensaios proximo ao ponto ST 134 temos 6,30m de

material argiloso, 12m proximo ao ST 204 e 8,45m proximo ao ST 288, ou seja é

bem provável que a todas essas profundidades tenhamos esse solo bem

expansivo.

3.2 ENSAIOS LABORATORIAIS

Serão realizados os seguintes ensaios, normatizados pelo Departamento

de Infraestrutura de Transportes (DNIT), com as amostras de solo e misturas

55

solo-cal, análise granulométrica (DNIT, 1994a – ME 051); peso específico dos

grãos do solo (DNIT, 1994b – ME 093); limite de liquidez (DNIT, 1994c –

ME 122); limite de plasticidade (DNIT, 1994d – ME 082); compactação na energia

referente ao ensaio Proctor normal (DNIT, 1994e – ME 129) e o ensaio de

aensamento unidimensional (MB 3336/1990).

3.2.1 Coleta Das Amostras E Estocagem

A primeira etapa deste trabalho foi direcionada à coleta das amostras de

solo, empregando-se a trado. As amostras foram colocadas em sacos plásticos,

perfazendo-se o total de 100 kg para cada solo. Após o transporte das amostras

para o Laboratório, procedeu-se à secagem ao ar livre e à sombra. Em seguida,

realizou-se o processamento das amostras na peneira de abertura nominal de

4,8 mm e estocagem em tambores metálicos, para posterior utilização nos

ensaios geotécnicos.

56

Figura 19 (coleta das amostras em Ortigueira a trado)

Figura 20 (coleta das amostras em Ortigueira a trado)

57

Figura 21 (coleta das amostras em Ortigueira a trado)

3.2.1 CBR

De acordo com a norma DNER-ME 049/94 O ensaio CBR Consiste na

determinação da relação entre a pressão necessária para produzir uma

penetração de um pistão num corpo de prova de solo, e a pressão necessária

para produzir a mesma penetração numa mistura padrão de brita estabilizada

granulometricamente. Essa relação é expressa em porcentagem. O ensaio pode

ser realizado de duas formas: moldando-se um corpo de prova com teor de

umidade próximo ao ótimo (determinado previamente em ensaio de

compactação) ou moldando-se corpos de prova para o ensaio de compactação

(em teores de umidade crescentes), com posterior ensaio de penetração desses

mesmos corpos de prova, obtendose simultaneamente os parâmetros de

compactação e os valores de CBR Energias de compactação para o ensaio CBR

58

Cilindro grande: diâmetro = 152 mm; altura total = 177,8 mm; disco espaçador

com altura = 50,8 mm; altura efetiva = 127 mm.

Procedimento Ensaio de um corpo de prova, na umidade ótima:

Moldagem do corpo de prova : no dia anterior à moldagem, retirar duas

amostras do solo acondicionado em saco plástico. As amostras devem ser

colhidas em cápsulas de alumínio, pesadas e levadas à estufa; No dia do ensaio,

inicialmente deve-se determinar o teor de umidade em que o solo se encontra,

pesando-se as amostras secas; Calcular a quantidade de água a se acrescentar,

para que o solo atinja a umidade ótima.

Para a realização do ensaio na energia normal, a compactação deve ser

realizada em cinco camadas, com 36 golpes do soquete pequeno por camada, de

modo a se obter uma altura total de 12,7 cm. Antes da compactação da primeira

e da última camada devem ser retiradas amostras do solo, para determinação do

teor de umidade em que foi realizada a compactação; Terminada a compactação,

retirar o colar, rasar a amostra pela borda superior do cilindro de compactação,

retirar a base circular e o disco espaçador e pesar o conjunto cilindro + amostra

compactada. Determinação da expansão : o cilindro contendo a amostra

compactada deve ser fixado à base circular, deixando-se o espaço deixado pelo

disco espaçador na parte superior; colocar sobrecarga; adaptar tripé com

extensômetro; imergir o conjunto em água, por quatro dias; nível da água deve

ficar 1 cm acima do bordo superior do cilindro; o extensômetro e a haste do disco

perfurado devem ser ajustados de tal maneira que a leitura inicial seja de 1,00

mm, para que possa ser acusada retração, caso ocorra; após 4 dias, realizar a

leitura final da expansão.

Foram realizados alguns ensaios de CBR em toda extensao da obra,

analisamos 2 dos trechos mais críticos:

59

OBRA 1031/14 INTERESSADO Engelog

SONDAGEM: ST-204

ST-288

ESTACA: 15126 160 POSIÇÃO:

PROFUNDIDADE: 0,15 – 1,30

0,30 - 2,50

MISTURA: Solo Puro

Solo Puro

CA

RA

CT

ER

IZA

ÇÃ

O

% P

AS

SA

ND

O N

AS

PE

NE

IRA

S 3"

2 1/2" 2"

1 1/2" 1"

3/4" 100 100,0 3/8" 99,8 99,4 Nº4 99,8 99,4

Nº10 99,7 99,3 Nº40 99,6 99,0

Nº200 99,1 98,2 ARGILA <

0,005 67,3 71,3

L.L. 66 83 L.P. 30 44 I.P. 36 39 I.G. 20 20

CLASSIFICAÇÃO T.R.B. A7-5 A7-5 S % 27,4 27,4

CLASS. QTO. A RESILIÊNCIA III III

Energia de compactação Normal Normal

LAB

OR

AT

ÓR

IO

CO

MP

AC

TA

ÇÃ

O

D. máx. (g/cm3)

1,418 1,366

M

hot (%) 26,2 26,1

I

EXPANSÃO (%)

6 7,0

N ISC (%) 3,9 1,3

Tabela 8 ensaio de CBR e caracterização Realizado em laboratório.

60

Figura 23 – Execução de ensaio de CBR das amostras estudadas

Figura 24 – Execução de ensaio de CBR das amostras estudadas

61

Figura 25 – Execução de ensaio de CBR e expansão das amostras estudadas

3.2.2 Adensamento Unidimensional

De acordo com a norma MB 3336/1990, prescreve-se o método de

determinação das propriedades de adensamento do solo, caracterizadas pela

velocidade e magnitude das deformações, quando o solo é lateralmente

confinado e axialmente carregado e drenado.

Execução do Ensaio AMOSTRAS • Indeformadas; Coletadas na forma de

blocos; Coletadas em tubos amostradores de paredes finas (tubos Shelby).

PREPARAÇÃO DOS CORPOS-DE-PROVA • Cuidados com perda de umidade

das amostras • ∆w ≤ 0,2% (sala com umidade relativa elevada) EXECUÇÃO DO

ENSAIO • T ≤ ±4ºC (não haja incidência direta dos raios solares) SOLO-ENSAIO

DE ADENSAMENTO UNIDIMENSIONAL DETERMINAÇÕES PRELIMINARES

Massa (com resolução de 0,1g); Diâmetro interno do anel (com resolução de

0,01mm); Altura do anel (com resolução de 0,01mm); Massa específica dos

grãos do solo (MB-28). TEOR DE UMIDADE INICIAL Determinado de acordo

com norma MB-27 MASSA ESPECÍFICA APARENTE ÚMIDA INICIAL

Mt=corpo-de-prova+anel (resolução de 0,1g) M=Mt-Manel γhi =M/V SOLO-

ENSAIO DE ADENSAMENTO UNIDIMENSIONAL PEDRAS POROSAS As

pedras porosas devem ser preparadas antes da montagem, para evitar

62

mudanças no teor de umidade do corpo-de-prova; Devem ser previamente

fervidas e mantidas imersas em água destilada até o instante de entrar em

contato com o corpo-de-prova.PAPEL FILTRO Os papéis-filtro devem ser

preparados antes da montagem, para evitar mudanças no teor de umidade do

corpo-de-prova;

PROCEDIMENTO PARA EXECUÇÃO DO ENSAIO Colocação da célula

de adensamento no sistema de aplicação das cargas; Instalação do

extensômetro; Aplicação de uma tensão de assentamento de 5kPa para solos

resistentes ou 2kPa para solos moles; 9 Zeragem do extensômetro após 5 min;

Aplicação do primeiro estágio de carga (tensão) : completar a tensão para 10kPa;

inunundar a célula de adensamento logo após a aplicação da tensão de 10kPa.

Eventual tendência à expansão do corpo-deprova deve ser evitada, através do

aumento gradativo de tensão, limitado à tensão vertical do campo; Fazer leituras

no extensômetro da altura ou variação da altura do corpo-de-prova, com

resolução de 0,01mm, imediatamente antes do carregamento (correspondente ao

tempo zero); A seguir, ler o extensômetro nos intervalos de tempo de 1/8min,

1/4min, 1/2min, 1min, 2min, 4min, 8min, 15min, 30min, 1h, 2h, 4h, 8h e 24h;

Terminado um estágio de carga, passar para outros estágios: 20kPa, 40kPa,

80kPa, 160kPa, 320kPa, etc; A duração de cada estágio de tensão deve ser

aproximadamente a mesma ao longo de todo o ensaio; Completadas as leituras

correspondentes ao máximo carregamento empregado, efetuar o

descarregamento do corpo-de-prova em estágios, fazendo-se as leituras

necessárias, de forma análoga aos estágios de carregamento; O

descarregamento deve ocorrer em, no mínimo, três estágios.

Após ter-se atingido no descarregamento a tensão de 10kPa e verificada

a estabilização da altura do corpo-de-prova, descarregar totalmente o corpo-de-

prova e imediatamente retirar da célula de adensamento o anel com o corpo-de-

prova; Proceder ao enxugamento das superfícies expostas do corpode-prova

com papel absorvente, determinar a sua massa com resolução de 0,1g; Tomar

porções do material para determinar o teor de umidade final.

Além de usarmos o ensaio de CBR, utilizaremos o equipamendo deo

ensaio de adensamento para encontrar soluções para apassivar ou até mesmo

anular a expansão do solo estudado.

63

3.3 PASSIVAR A EXPANSÃO DO SOLO ATRAVÉS DO EMPREGO DA CAL

Os solos do presente estudo são provenientes da zona norte do Paraná na

região de ortigueira, sendo as amostras oriundas de solos naturais da área de

influência da cidade. As amostras a serem estudadas, de textura argilosa, foram

coletadas em trechos diferentes na extensão de toda a rodovia, na qual possue

aproximadamente 5Km.

Com base em estudo prévio de estabilização desenvolvido com solos,

definiram-se os seguintes traços de "cal" em relação à massa de solo seco:1.5%,

2%, 3%, 5% e 7%.

As misturas solo-cal serão realizadas adicionando-se, primeiramente, a cal

hidratada ao solo seco, seguido por homogeneização manual e peneiramento

(# 4,8 mm) dessa mistura. Posteriormente, adicionou-se água em quantitativos

definidos previamente, para atingir teores de umidade desejáveis, procedendo-se

a uma nova homogeneização, peneiramento e acondicionamento das misturas

em sacos plásticos hermeticamente fechados, para posterior uso.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 ENSAIOS DE CBR E CARACTERIZAÇÃO

Trabalhamos especificamente com duas amostras em estado crítico de

expansão.

De acordo com a norma DNIT 137/2010- ES, os materiais empregados na

regularização do subleito devem ser preferencialmente os do próprio. Em caso de

substituição ou adição de material, estes devem ser provenientes de ocorrências

de materiais indicadas no projeto e apresentar as características estabelecidas na

64

alínea “d” da subseção 5.1-Materiais, da Norma DNIT 108/2009-ES:

Terraplenagem – Aterros – Especificação de Serviço, quais sejam, a melhor

capacidade de suporte e expansão ≤ 2%, cabendo a determinação da

compactação de CBR e de expansão pertinentes por intermédio dos seguintes

ensaios: Ensaio de Compactação – Norma DNER-ME 129/94, na energia definida

no projeto; Ensaio de índice de Suporte Califórnia – ISC – Norma DNER-ME

49/94, com a energia do Ensaio de Compactação.

As amostras ensaiadas foram: ST 204 com cerca de 6% de expansão e a

ST 288 com cerca de 7%., e foram aplicadas 1, 1,5, 2, 3, 5, 7% de cal como já foi

citado. Seguem abaixo os quadros com os resultados:

OBRA PR 407 - Paranaguá PR

INTERESSADO

Furo ST 204

AMOSTRA

LADO

ESTACA 15124 15125 15126 15125 15126 15127 PROFUNDIDADE: 0,15 A 1,30 0,15 A 1,31 0,15 A 1,32 0,15 A 1,30 0,15 A 1,30 0,15 A 1,30

MATERIAL AMOSTRA VIRGEM

AMOSTRA COM 1,5%

CAL AMOSTRA

COM 2% CAL

AMOSTRA COM 3%

CAL AMOSTRA

COM 5% CAL

AMOSTRA COM 7%

CAL

CA

RA

CT

ER

IZA

ÇÃ

O

% P

AS

SA

ND

O N

AS

P

EN

EIR

AS

3"

2 1/2" 2"

1 1/2" 1"

3/4" 100,0 3/8" 99,8 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

65

Nº4 99,8 99,7 99,8 99,8 99,8 99,9 Nº10 99,7 99,5 99,5 99,8 99,8 99,9 Nº40 99,6 99,3 99,3 99,5 99,5 99,4

Nº200 99,1 97,6 97,0 95,8 96,4 93,5

ARGILA> 0,005 (%) 67,3 65,8 63,2 60,0 56,9 51,5

L.L. 66 64 60 55 51 51 L.P. 30 30 30 31 31 31

I.P. 36 34 30 24 20 20

I.G. 20 19 18 17 14 14

CLASSIFICAÇÃO T.R.B. A7-5 A7-5 A7-5 A7-5 A7-5 A7-5

Energia de compactação NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL

LAB

OR

AT

ÓR

IO

CO

MP

AC

TA

ÇÃ

O

D. máx. (g/cm3)

1,418 1,378 1,356 1,305 1,263 1,237

M hot (%) 26,2 31,4 32,0 33,2 35,4 34,6

I

EXPANSÃO (%) 6,0 2,4 1,2 0,1 0,1 0,0

N ISC (%) 3,9 5,4 7,2 10,0 16,2 23,7

Tabela 9 – ensaios executados em laboratório da amostra ST 204

Com esses resultados, nota-se que, conforme se aumenta a dosagem

da cal, diminue-se a porcentagem de expansão do solo e aumenta-se o índice

suporte (ISC) consideravelmente, ou seja, além de apassivar a expansão, ganha-

-se também na resistência. Foi plotado o gráfico relacionando a expansão versus

o teor de Cal, sendo a porcentagem dada pela razão entre o deslocamento

vertical de altura da amostra e o teor da cal é dado pela razão do peso da cal pelo

peso do solo seco sendo apresentado os resultados no gráfico abaixo:

Grafico 1 – Expansão do CBR amostra ST204

OBRA Ortigueira - PR

INTERESSADO

Furo ST 288

AMOSTRA

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

0 1 2 3 4

Expansão pelo CBR - ST 204

Teor da Cal Hidratada (%)

Exp

an

são

(%)

66

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

0 1 2 3 4

Expansão pelo CBR - ST 288

Teor da Cal Hidratada (%)

LADO

ESTACA 160 160 160 160 160 160 PROFUNDIDADE: 0,30 A 2,50 0,30 A 2,50 0,30 A 2,50 0,30 A 2,51 0,30 A 2,52 0,30 A 2,53

MATERIAL AMOSTRA VIRGEM

AMOSTRA COM 1,5% CAL

AMOSTRA COM 2% CAL

AMOSTRA COM 3% CAL

AMOSTRA COM 5% CAL

AMOSTRA COM 7% CAL

CA

RA

CT

ER

IZA

ÇÃ

O

% P

AS

SA

ND

O N

AS

PE

NE

IRA

S 3"

2 1/2" 2"

1 1/2" 1"

3/4" 100,0 3/8" 99,4 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 Nº4 99,4 99,8 99,9 99,8 99,9 99,5

Nº10 99,3 99,6 99,5 99,5 99,6 99,2 Nº40 99,0 98,8 98,9 98,9 98,7 96,4

Nº200 98,2 97,5 96,5 95,4 94,3 87,2

ARGILA> 0,005 (%) 71,3 68,9 66,4 64,4 59,3 52,9 L.L. 83 78 70 67 64 62 L.P. 44 40 36 33 39 39 I.P. 39 38 34 34 25 23

I.G. 20 20 20 20 18 17 CLASSIFICAÇÃO T.R.B. A7-5 A7-5 A7-5 A7-5 A7-5 A7-5

Energia de compactação NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL

LAB

OR

AT

ÓR

IO

CO

MP

AC

TA

ÇÃ

O

D. máx. (g/cm3) 1,366 1,322 1,302 1,288 1,279 1,230

M hot (%) 26,1 30,2 31,5 36,0 37,8 38,1

I

EXPANSÃO (%)

7,0 2,8 1,1 0,1 0,0 0,0

N ISC (%) 1,3 3,9 6,0 8,0 10,4 14,1

Tabela 10 – ensaios executados em laboratório da amostra ST 204

Com esses resultados foi plotado o seguinte gráfico:

67

Grafico 2 – Expansão do CBR amostra ST288

Com os resultados dos ensaios obtivemos um teor de cal ideal para

apassivar a expansão das amostras ensaiadas, de acordo com os graficos acima

mostrados, 3%, de cal já se elimina a expansão.

Devido às combinações químicas da cal hidratada foi feito o ensaio de

CBR após 28 dias de cura para a amostra ST204 e medimos a expansão, só

para ter certesa de que a cal não teria algum tipo de reação negativa aplicada no

solo e os resultados foram:

• ST 204

AMOSTRA COM 1,5%

CAL

AMOSTRA COM 2%

CAL

AMOSTRA COM 3%

CAL

AMOSTRA COM 5%

CAL

AMOSTRA COM 7%

CAL

EXPANSÃO (%) 2,2 1,0 0,0 0,0 0,0 ISC (%) 5,5 8,9 12,1 18,4 26,4

Tabela 11 – ensaios executados em laboratório após 28 dias da amostra ST 204

Com esses resultados foi visto que, esperando 28 dias a mistura de solo

com a cal compactados, teve um ganho significativo no índice de suporte (CBR),

já na expansão não teve uma mudança significativa.

Os ensaios com teores diferentes de Cal e os gráficos nos mostraram que

o solo mantém um comportamento diferente para cada teor, com isso, como tem-

se o objetivo de além de apassivar a expansão para o uso do solo em subleito do

pavimento que estamos estudando, remediar o problema e ver se realmente é

viável fazer, foi feito o ensaio de expansão utilizando o equipamento de

adensamento e, com isso, foi obtido estes resultados:

ST 204 - Prof. 0,15 a 1,30m

68

PRESSÃO DEFLEXÃO ESPESSURA

ESPESSURA ALTURA ÍNDICE

DE

Δ h

cm EXPANSÃO

(%)

APLICADA TOTAL (D) DO C.P. (H)

(H/Hx100) DOS VAZIOS

VAZIOS

Kpa mm mm % (H-H0)

mm (H-

H0)/H0=e 0,01 0,00 29,90 100,00 16,05 1,159 0,000 0,00%

0,010 -1,80 31,70 106,02 17,85 1,289 1,800 6,02% 5,0 0,17 31,53 105,45 17,68 1,277 1,630 5,45% 9,9 0,10 31,43 105,12 17,58 1,269 1,530 5,12%

14,9 0,13 31,30 104,68 17,45 1,260 1,400 4,68% 19,8 0,09 31,21 104,38 17,36 1,253 1,310 4,38% 24,8 0,08 31,13 104,11 17,28 1,248 1,230 4,11% 29,8 0,08 31,05 103,85 17,20 1,242 1,150 3,85% 34,7 0,09 30,96 103,55 17,11 1,235 1,060 3,55% 39,7 0,08 30,88 103,28 17,03 1,230 0,980 3,28% 44,7 0,15 30,73 102,78 16,88 1,219 0,830 2,78% 49,6 0,15 30,58 102,27 16,73 1,208 0,680 2,27% 54,6 0,15 30,43 101,77 16,58 1,197 0,530 1,77% 59,5 0,15 30,28 101,27 16,43 1,186 0,380 1,27% 64,5 0,12 30,16 100,87 16,31 1,178 0,260 0,87% 69,5 0,13 30,03 100,43 16,18 1,168 0,130 0,43% 74,4 0,13 29,90 100,00 16,05 1,159 0,000 0,00%

expansão

Tabela 12 – ensaios executados em laboratório da amostra ST 204

Com esses resultados plotamos o grágfico logo abaixo de pressão de

expansão que nos mostrou a curva de índice de vazios versus a pressão aplicada

medida em Kpa:

69

Grafico 3 – pressão de expansão ST204

Também foi plotado o gráfico da Expansão utilizando o equipamento de

adensamento e encontramos a porcentagem mais exata da expansão que

estamos estudando, deu uma pequena diferença entre a expansão encontrada,

por esse método o resultado obtido foi: 6,2% enquanto que pelo método do CBR

6%.

Grafico 4 – Expansão Medido com equipamento de adensamento ST204

ST 288 - Prof. 0,30 a 2,50m

1,159

1,289

1,2771,269

1,2601,253

1,2481,242

1,2351,230

1,219

1,208

1,197

1,1861,178

1,168

1,1591,158

1,208

1,258

0 0 1 10

indi

ce d

e va

zios

pressão kPa

PRESSÃO DE EXPANSÃO

0,00%

6,02%

5,45%5,12%

4,68%4,38%

4,11%3,85%

3,55%3,28%

2,78%

2,27%

1,77%

1,27%0,87%0,43%0,00%0,00%

1,00%

2,00%

3,00%

4,00%

5,00%

6,00%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Expansão

Pressão de Expansão

Exp

an

s

ão

(%

)

70

PRESSÃO DEFLEXÃO ESPESSURA ESPESSURA

ALTURA ÍNDICE DE

Δ h

cm EXPANSÃO

(%)

APLICADA TOTAL (D) DO C.P. (H) (H/Hx100) DOS

VAZIOS VAZIOS

Kpa mm mm % (H-H0)

mm (H-

H0)/H0=e 0,01 0,00 29,40 100,00 15,11 1,057 0,000 0,00%

0,010 -2,45 31,85 108,33 17,56 1,229 2,450 8,33%

5,0 0,10 31,75 107,99 17,46 1,222 2,350 7,99% 9,9 0,15 31,60 107,48 17,31 1,211 2,200 7,48%

14,9 0,10 31,50 107,14 17,21 1,204 2,100 7,14% 19,9 0,11 31,39 106,77 17,10 1,197 1,990 6,77% 24,9 0,10 31,29 106,43 17,00 1,190 1,890 6,43% 29,8 0,11 31,18 106,05 16,89 1,182 1,780 6,05% 34,8 0,10 31,08 105,71 16,79 1,175 1,680 5,71% 39,8 0,10 30,98 105,37 16,69 1,168 1,580 5,37% 44,8 0,09 30,89 105,07 16,60 1,162 1,490 5,07% 49,7 0,11 30,78 104,69 16,49 1,154 1,380 4,69% 54,7 0,12 30,66 104,29 16,37 1,146 1,260 4,29% 59,7 0,11 30,55 103,91 16,26 1,138 1,150 3,91% 64,7 0,10 30,45 103,57 16,16 1,131 1,050 3,57% 69,6 0,15 30,30 103,06 16,01 1,120 0,900 3,06% 74,6 0,10 30,20 102,72 15,91 1,113 0,800 2,72%

79,6 0,08 30,12 102,45 15,83 1,108 0,720 2,45%

84,6 0,14 29,98 101,97 15,69 1,098 0,580 1,97% 89,5 0,19 29,79 101,33 15,50 1,085 0,390 1,33% 94,5 0,13 29,66 100,88 15,37 1,076 0,260 0,88% 99,5 0,11 29,55 100,51 15,26 1,068 0,150 0,51%

104,4 0,16 29,39 99,97 15,10 1,057 -0,010 -0,03% expansão

Tabela 13 – ensaios executados em laboratório da amostra ST 188

Com esses resultados foi plotado o grágfico logo abaixo de pressão de

expansão que nos mostrou a curva de índice de vazios versus a pressão aplicada

medida em Kpa:

71

Grafico 5 – pressão de expansão amostra ST 288

Além disso, também foi plotado o gráfico da Expansão utilizando o equipamento

de adensamento e foi encontrado a porcentagem mais exata da expansão que

estamos estudando. A partir dessa análise, houve uma diferença um pouco maior

entre a expansão encontrada por esse método: onde foi obtido 8,3% enquanto

que pelo método do CBR 7%.

Grafico 6 – Expansão Medido com equipamento de adensamento ST288

1,057

1,2291,222

1,2111,204

1,1971,190

1,1821,175

1,1681,1621,1541,1461,1381,131

1,1201,1131,1081,098

1,0851,0761,068

1,0571,050

1,100

1,150

1,200

0 0 1 10 100

indi

ce d

e va

zios

pressão kPa

PRESSÃO DE EXPANSÃO

0,00%

8,33%7,99%

7,48%7,14%

6,77%6,43%

6,05%5,71%

5,37%5,07%4,69%4,29%3,91%3,57%3,06%2,72%2,45%1,97%

1,33%0,88%0,51%

0,00%

1,00%

2,00%

3,00%

4,00%

5,00%

6,00%

7,00%

8,00%

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Expansão

Pressão aplicada (kpa)

Exp

an

são

(%)

72

Para esta parte final do estudo, como foi analisado duas amostras dos

trechos mais críticos com expansões acima de 6% para termos parâmetros

melhores e mais próximos da realidade, também foi analisado outra amostra com

um grau de expansão mais baixo na mesma obra e de trecho diferente sendo:

ST 134 - Prof. 0,60 a 1,90m

PRESSÃO DEFLEXÃO ESPESSURA ESPESSURA

ALTURA ÍNDICE DE

Δ h

cm EXPANSÃO

(%)

APLICADA TOTAL (D) DO C.P.

(H) (H/Hx100) DOS

VAZIOS VAZIOS

Kpa mm mm % (H-H0)

mm (H-

H0)/H0=e 0,01 0,00 29,20 100,00 15,26 1,095 0,000 0,00%

0,010 -1,57 30,77 105,38 16,83 1,207 1,570 5,38%

4,9 0,13 30,64 104,93 16,70 1,198 1,440 4,93% 9,9 0,11 30,53 104,55 16,59 1,190 1,330 4,55%

14,8 0,13 30,40 104,11 16,46 1,181 1,200 4,11% 19,8 0,24 30,16 103,29 16,22 1,164 0,960 3,29% 24,7 0,23 29,93 102,50 15,99 1,147 0,730 2,50% 29,7 0,22 29,71 101,75 15,77 1,131 0,510 1,75% 34,6 0,23 29,48 100,96 15,54 1,115 0,280 0,96% 39,6 0,28 29,20 100,00 15,26 1,095 0,000 0,00%

expansão

Tabela 14 – ensaios executados em laboratório da amostra ST 134

Com esses resultados foi plotado o grágfico logo abaixo de pressão de

expansão que nos mostrou a curva de índice de vazios versus a pressão aplicada

medida em Kpa:

73

Grafico 7 – pressão de expansão

Foi plotado, ainda, o gráfico da Expansão utilizando o equipamento de

adensamento com esse ensaio chegamos a uma expansão de 5,38% para a

amostra ST 134:

Grafico 8 Expansão Medido com equipamento de adensamento ST134

1,095

1,207

1,1981,190

1,181

1,164

1,147

1,131

1,115

1,0951,095

1,145

1,195

0,01 0,10 1,00 10,00

indi

ce d

e va

zios

pressão kPa

Pressão de Expansão

0,00%

5,38%

4,93%

4,55%

4,11%

3,29%

2,50%

1,75%

0,96%

0,00%0,00%

1,00%

2,00%

3,00%

4,00%

5,00%

6,00%

0,01 0,10 1,00 10,00

Expansão

Pressão aplicada (kpa)

Exp

an

são

(%)

74

5. CONCLUSÃO

Analisando e estudando os resultados obtidos de toda nossa pesquisa com

uma obra e amostragem reais, chegamos a algumas conclusões. A geral é que

realmente, se bem estudada e trabalhada, a engenharia pode resolver

praticamente qualquer problema, pode-se encontrar solução até mesmo para os

problemas que parecem não exister nenhuma saída a não ser a solução mais

comum, que, na maioria das vezes, é a mais cara, pois qualquer um pode pensar

nisso.

Já em relação à conclusão para o estudo dessa rodovia a ser implantada

na região de Ortigueira – PR, percebe-se que o solo natural do local não poderá

ser utilizado para subleito sem o devido tratamento do mesmo, pois a expansão

de toda a extensão passa dos 2% definido como mínimo por norma, em alguns

pontos chegando a 8% . Portanto, para apassivar esse efeito chegamos a estes

valores:

Expansão

máxima (%) Pressão

aplicada (Kpa) Peso Específico aparente (g/cm3) H (m)

FURO

ST134 5,38% 39,6 17,77 2,23 ST204 6,02% 64,5 17,66 3,65 ST288 8,33% 104,4 15,8 6,61

Tabela 15 – Expansão máxima de cada trecho e H em m.

Com a expansão maxima encontrada e a anulação da mesma, a

pressão aplicada em uma relação com o peso específico aparente de cada um

dos 3 trechos estudado chega -se a uma altura H, essa é a altura de amostra de

cada trecho que tem que remover e fazer a mistura da cal hidratada (3% como

estudado) e compactar essa amostra novamente no mesmo trecho. Abaixo tem-

-se o gráfico da expansão máxima versus a pressão aplicada:

Grafico 9 – Variação de expansão

E finalmente o gráfico de variação da expessura do solo que será

removida para o tratamento com a cal hidratada

estudado, como por exemplo a amostra ST

metros de altura para remoção, mistura da cal e recompactação

caso extremo, pois existe

que teriam que ser retirado

valores foram identificados ao basear

esse solo e substituí-lo, pois nessa região já não

para caixa de empréstimo. Segue abaixo o grafico de variação de expessura:

Grafico 10 – variação de espessura

5,00%

5,50%

6,00%

6,50%

7,00%

7,50%

8,00%

8,50%

35 40 45

Exp

an

são

má

xim

a (

%)

2,10

2,60

3,10

3,60

4,10

4,60

5,10

5,60

6,10

6,60

35 40 45

Alt

ura

H (

cm)

Variação de expansão

E finalmente o gráfico de variação da expessura do solo que será

da para o tratamento com a cal hidratada. Nota-se que no pior caso

como por exemplo a amostra ST288, tem que trabalhar com mais de 6

para remoção, mistura da cal e recompactação, mas esse foi o

existem outros trechos como o ST134, também estudado

que ser retirados apenas 2,20m e misturados com a cal. E

foram identificados ao basear nosso estudo em não ter q

lo, pois nessa região já não há a disponibilidade

para caixa de empréstimo. Segue abaixo o grafico de variação de expessura:

variação de espessura

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

Variação de expansão

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

Variação da Espessura

75

E finalmente o gráfico de variação da expessura do solo que será

que no pior caso

que trabalhar com mais de 6

, mas esse foi o

também estudados,

s com a cal. Esses

udo em não ter que retirar todo

há a disponibilidade de material

para caixa de empréstimo. Segue abaixo o grafico de variação de expessura:

100 105

95 100 105

76

Estimamos o custo por metro cúbico de solo para o processo de remoção

completa do solo natural com a reposição de um novo, comparando com o custo

do tratamento do solo natural com o uso da cal hidratada. A estimativa se

encontra na tabela abaixo:

ESTIMATIVA DE CUSTOS

Remoção do solo

ESCAVAÇÃO CARGA E TRANSP. DE SOLO MOLE ATÉ 200M m3 12,97

TRANSPORTE DE SOLO/AREIA m3/km 1,6

ESCAV. E CARGA MAT.DE JAZIDA C/TRANSP DE 0-200M m3 11,14

Reposição do novo solo

TRANSPORTE DE SOLO/AREIA m3/km 1,6

ESPALHAMENTO DE SOLO E/OU AREIA m3 2,16

COMPACTAÇÃO DE ATERROS 100% PN m3 4,15

R$: 33,62

Tratamento do solo com a cal hidratada

ESCAV. DE SOLO MOLE ATÉ 50M C/TRATOR m3 2,94

ESPALHAMENTO DE SOLO E/OU AREIA m3 2,16

CAL HIDRATADA (3% POR m3) m3 12

COMPACTAÇÃO DE ATERROS 100% PN m3 4,15

R$: 21,25

Tabela – 16 Comparativo de custos. (Valores retirados do site do DNIT)

Com esses resultados, podemos concluir que o tratamento do solo com a

cal hidratada é mais viável do que a remoção e substituição do mesmo, ainda que

a substituição do solo pode acarretar mais gastos com logística, visto que na

região estudada não encontra-se jazidas com materiais que possuam as

características exigidas pelas normas.

Com todas essas informações que concluímos, criamos os perfis

geológicos e geotécnicos dos trechos estudados para facilitar a vizualização da

77

aplicação da cal hidratada, assim como a profundidade de solo que necessita de

remediação. Seguem abaixo os perfis nas figuras 26,27 e 28).

• ST 134

Figura 26 – Perfil geológico ST134 e SP133

78

• ST204

Figura 27 – Perfil geológico ST204 e SP203

79

• ST288

• Figura 28 – Perfil geológico ST204 e SP203

80

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