SNP38D53 – Técnicas de Melhoramento de Solos
Solo-cal
Prof.: Flavio A. Crispim (FACET/SNP-UNEMAT)
UNIVERSIDADE DO ESTADO DEMATO GROSSO
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
SINOP - MT2015
5. S
olo-
cal
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Técnicas de melhoramento
Melhoramento x Estabilização
Melhoramento
Modificação da plasticidade e sensibilidade à água
Estabilização
Há aumento expressivo na resistência mecânica do solo
Técnicas de Melhoramento de Solos 2
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Técnicas de melhoramento
Técnicas
Física
Térmica
Eletrocinética
Mecânica
Compactação
Substituição dematerial
Química
Adição de aditivosquímicos (cal,
cimento,betume...)
Técnicas de Melhoramento de Solos 3
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Técnicas de melhoramento
Técnicas
Física
Térmica
Eletrocinética
Mecânica
Compactação
Substituição dematerial
Química
Adição de aditivosquímicos (cal,
cimento,betume...)
Técnicas de Melhoramento de Solos 4
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Histórico
Utilizado a mais de 5.000 anos
Fins rodoviários – romanos a 2.000 anos
Larga escala
USA – 1924
Antiga União Soviética - 1926
Padronização a partir da Segunda Guerra
USA - melhoria na resistência de cascalhos argilosos
- tratamento de subleitos funcionando como sub-base
Europa - melhoria da trabalhabilidade de solos muito úmidos
África - melhoria de resistência e expansão de solos
Brasil - uso a partir da década de 1960
Técnicas de Melhoramento de Solos 5
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Aplicações
Estabilização do subleito: 3 a 6%
Estabilização da base (sub-base e reforço): 2 a 4%
Modificação de solos pela adição de cal: umidade excessiva
Estabilização profunda: injeção de cal sob pressão (controle da
expansão de solos instáveis)
Colunas de solo-cal: diminuem os recalques
Lime Slurry Pressure Injection – LSPI: forma uma rede de sustentação
Solo-cal: 5 a 6% (predomínio da pozolanização)
Solo melhorado com cal: modificação na plasticidade e na sensibilidade
à água
Técnicas de Melhoramento de Solos 6
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Aplicações
Tipos
Cal hidratada calcítica
Ca(OH)2
Cal hidratada dolomítica
Ca(OH)2.Mg(OH)2
Técnicas de Melhoramento de Solos 7
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Aplicações
Troca catiônica
Floculação
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Aplicações
Troca catiônica
Floculação
Técnicas de Melhoramento de Solos 9
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Aplicações
Reações pozolânicas
Técnicas de Melhoramento de Solos 10
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Aplicações
Reações pozolânicas
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Aplicações
Técnicas de Melhoramento de Solos 12
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Aplicações
Aplicação da técnica (agente estabilizante principal ou secundário);
Benefícios e Mecanismos de Estabilização (trocas iônicas,
carbonatação e pozolanização)
Fatores que influenciam:
• Propriedades naturais do solo
• Tipo e teor de cal
• Tempo e condições de cura (temperatura e umidade)
• Reatividade do solo (matéria orgânica)
• Compactação (solos argilosos)
Técnicas de Melhoramento de Solos 13
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Aplicações
Aplicação da técnica (agente estabilizante principal ou secundário);
Benefícios e Mecanismos de Estabilização (trocas iônicas,
carbonatação e pozolanização)
Mineralogia:
• Minerais que favoreçam as reações pozolânicas(montmorilonitas)
• Solos Tropicais (baixa ocorrência dos grupos minerais, eacidez)
Técnicas de Melhoramento de Solos 14
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Aplicações
Fatores que influenciam:
• Propriedades naturais do solo
• Tipo e teor de cal
• Tempo e condições de cura (temperatura e umidade)
• Reatividade do Solo (matéria orgânica)
• Compactação (solos argilosos)
Técnicas de Melhoramento de Solos 15
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Aplicações
Fatores que influenciam - Propriedades naturais do solo
Em geral utilizada em solos argilosos
Quanto mais plástico for o solo, maiores os benefícios devidos à adição
de cal
Solos de granulometria média, moderadamente fina e fina
Efeitos
plasticidade, ↑ trabalhabilidade
expansibilidade, ↑ resistência
Técnicas de Melhoramento de Solos 16
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Aplicações
Fatores que influenciam - Propriedades naturais do solo
Variação da expansibilidade
Técnicas de Melhoramento de Solos 17
15 – A-7-5 (20)18 – A-2-6 (0)22 – A-4 (3)38 – A-6 (12)39 – A-6 (12)42 – A-2-7 (2)41 – A-2-7 (0)
2838 – A-7-5 (20)2832 – A-7-5 (20) 0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
44
0 5 10 15
Expa
nsib
ilidad
e (%
)
Teor de cal (%)
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Aplicações
Fatores que influenciam - Propriedades naturais do solo
Variação da IP
Técnicas de Melhoramento de Solos 18
15 – A-7-5 (20)18 – A-2-6 (0)22 – A-4 (3)38 – A-6 (12)39 – A-6 (12)42 – A-2-7 (2)41 – A-2-7 (0)
2838 – A-7-5 (20)2832 – A-7-5 (20)
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Aplicações
Fatores que influenciam - Propriedades naturais do solo
Variação dos limites de consistência e da granulometria ( < 0,074 mm)
Técnicas de Melhoramento de Solos 19
5. S
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Aplicações
Fatores que influenciam - Propriedades do solo
Variação de d max e ISC
Técnicas de Melhoramento de Solos 20
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Aplicações
Fatores que influenciam - Propriedades do solo
Variação de ISC
Técnicas de Melhoramento de Solos 21
15 – A-7-5 (20)18 – A-2-6 (0)22 – A-4 (3)38 – A-6 (12)39 – A-6 (12)
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Aplicações
Fatores que influenciam - Tempo e condições de cura
Temperaturas inferiores a 16ºC – 18ºC retardam as reações enquanto
que temperaturas superiores aceleram-nas
Técnicas de Melhoramento de Solos 22
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Aplicações
Fatores que influenciam – Matéria orgânica
% > 1%
Influencia o normal e eficaz desenvolvimento da ação de cimentação
Efeito de “máscara” provocado pelos cátions orgânicos sobre as
partículas de argila reduzindo a dissolução da sílica e alumina
Técnicas de Melhoramento de Solos 23
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Dosagem
Solos reativos (ganho de RCNC > 345 kPa)
RCNC (energia Proctor normal)
Solos não-reativos (ganho de RCNC < 345 kPa)
Melhoramento da trabalhabilidade com menor ganho de resistência
RCNC (energia Proctor normal) + ISC
Técnicas de Melhoramento de Solos 24
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Dosagem
Outros métodos
Método do pH - tem como princípio básico adicionar quantidade de cal
suficiente para assegurar um pH de 12,4 para a ocorrência das reações
pozolânicas
Técnicas de Melhoramento de Solos 25
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Dosagem
Método do Departamento de Rodovias da Califórnia
Diferentes teores de cal
Cura de 24h antes da compactação
Compactação por pisoteamento “Kneading Compactor”
Ensaio no estabiliômetro de Hveem
Escolhe-se o teor de cal C tal que 60< R < 80
Teor de cal = C + 1%
Técnicas de Melhoramento de Solos 26
5. S
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Dosagem
Método do Departamento de Rodovias da Califórnia
Diferentes teores de cal
Cura de 24h antes da compactação
Compactação por pisoteamento “Kneading Compactor”
Ensaio no estabiliômetro de Hveem
Escolhe-se o teor de cal C tal que 60< R < 80
Teor de cal = C + 1%
Técnicas de Melhoramento de Solos 27
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Dosagem
Método de Eades e Grim
Amostras de 20g, passante na peneira de 0,42 mm
% de cal – 2%, 3%, 4%, 5% e 6%
Mistura 20g solo + % cal + 100 mL água
Após 1h de cura mede-se o pH da mistura
Teor de cal de projeto – pH 12,40 ou 12,30
Técnicas de Melhoramento de Solos 28
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Dosagem
Método do Departamento de Rodovias de Illinois
- Estabilização solo-cal
Teor de cal - % C a partir da qual não há ganho significativo de RCNC
Teor de projeto = C + (0,5 a 1%)
Base: RCNC > 1030 kPa
Sub-base: RCNC > 690 kPa
Técnicas de Melhoramento de Solos 29
Cura por 48h, T = 48,9C
RCNC (3% cal) > RCNC (solo natural) + 345 kPa
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Dosagem
Método do Departamento de Rodovias de Illinois
- Modificação do subleito ou expediente construtivo
LL
LP
Cura da mistura solta por 1h
Teor de cal - % C a partir da qual não há redução significativa de IP
Teor de projeto = C + (0,5 a 1%)
Técnicas de Melhoramento de Solos 30
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Dosagem
Método do Departamento de Rodovias da Louisiana
Base: RCNC > 690 kPa
Sub-base: RCNC > 345 kPa
Ciclo de cura
RCNC a veloc. 3,81 mm/min
Técnicas de Melhoramento de Solos 31
7 dias em câmara úmida
8h secagem, T=60°C
Resfriamento por 8h
Ensaio de capilaridade imersa por 10 dias, compressão de confinamento de 6,9 kPa (AASHTO-212)
5. S
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Dosagem
Método do Departamento de Rodovias de Oklahoma
Método do pH (Eades e Grim)
Ou
Redução do IP a 10%
Teores: 3, 5, 7 e 10%
Cura de 48h em câmara úmida
Mistura, secagem e determinação do LL e LP
Técnicas de Melhoramento de Solos 32
5. S
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Dosagem
Método do Departamento de Rodovias de South Dakota
Teor ótimo de cal através de método similar ao método proposto por
Eades e Grim
Mede-se o desenvolvimento de resistência através do ensaio ISC
Técnicas de Melhoramento de Solos 33
≥ 3 4
5. S
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Dosagem
Método do Departamento de Rodovias do Texas (TxDOT)
Base: RCNC > 690 kPa
Sub-base: RCNC > 345 kPa
Ciclo de cura
RCNC
Técnicas de Melhoramento de Solos 34
7 dias em câmara triaxial à temperatura ambiente
6h secagem, T<60°C, até perder 1/3 a 1/2 do teor deumidade
Resfriamento por 8h
Ensaio de capilaridade imersa por 10 dias, compressão de confinamento de 6,9 kPa (AASHTO-212)
5. S
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Dosagem
Método do Departamento de Rodovias do Texas (TxDOT)
Base: RCNC > 690 kPa
Sub-base: RCNC > 345 kPa
Ciclo de cura
RCNC
Técnicas de Melhoramento de Solos 35
7 dias em câmara triaxial à temperatura ambiente
6h secagem, T<60°C, até perder 1/3 a 1/2 do teor deumidade
Resfriamento por 8h
Ensaio de capilaridade imersa por 10 dias, compressão de confinamento de 6,9 kPa (AASHTO-212)
5. S
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Dosagem
Método do Departamento de Rodovias da Virgínia
Moldagem de vários corpos de prova em vários teores de cal
Cura durante 72h, T < 48,9°C (umidade elevada em recipiente fechado)
RCNC
Técnicas de Melhoramento de Solos 36
> 1050
5. S
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Dosagem
Método de Thompson
Base ou sub-base - ganhos de RCNC > 345 kPa
Técnicas de Melhoramento de Solos 37
5. S
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Dosagem
Método de Thompson
Técnicas de Melhoramento de Solos 38
1 O teor de cal para (b) pode ser5% ou valor determinado no ensaio
pH
RCNC 1
(a) Solo natural(b) Solo+cal; cura por 48h a 490 C
Incremento de resistência
> 345 kPaSolo reativo(mistura solo-cal)
≤ 345 kPaSolo não reativo(solo melhorado com cal)
5. S
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Dosagem
Método de Thompson
Técnicas de Melhoramento de Solos 39
2 Ensaios IP conduzidos 1h após amistura solo-cal-água
4 Depende do objetivo da estabilização5 Cura dos cp’s, antes da imersão, éopcional. Expansão é importante nos
subleitos
≤ 345 kPaSolo não reativo(solo melhorado com cal)
IP 2
2 – 4 – 6% de cal
Análise de IP
PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO 4
(a) % acima da qual acréscimos de cal nãoresultam em redução do IP
(b) % de cal que resulta em reduçãoaceitável de IP
TESTES OPCIONAIS 5
(a) ISC(b) Expansão ISC
PORCENTAGEM DE CAL DE CAMPOAdição de 0,5 a 1,0% acima do teor deprojeto para suprir perdas construtivas,distribuição desigual, etc.
5. S
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Dosagem
Método de Thompson
Técnicas de Melhoramento de Solos 40
>345 kPaSolo reativo(mistura solo-cal)
RCNC 6
3 – 5 – 7% de cal
Análise de RCNC
PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO% acima da qual acréscimos de cal nãoresultam em acréscimo significativo deresistência
VERIFICAÇÃO DA RCNC DA MISTURAConforme Tabela
6 Uma estimativa do teor ótimo decal pode ser obtida com o ensaio
pH de Eades e Grim
5. S
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Dosagem
Método de Thompson
1 Após o primeiro inverno2 RCNC mínima após o final da cura no campo3 Espessura total sobre a sub-base (dist. tensões Boussinesq)4 Resistência à flexão a ser utilizada no dimensionamento
Técnicas de Melhoramento de Solos 41
Uso previsto RCNC residual 1
kPaRCNC (imersão 8 dias) 2
kPaModificação do subleito 140 350Sub-base (Pavimento rígido) 140 350Sub-base (Pavimento flexível) – Espessura (m) 3
0,254 210 4200,203 280 4900,127 420 630Base 700 4 910
5. S
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Dosagem
Método de Thompson
Técnicas de Melhoramento de Solos 42
>345 kPaSolo reativo(mistura solo-cal)
RCNC 6
3 – 5 – 7% de cal
Análise de RCNC
PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO% acima da qual acréscimos de cal nãoresultam em acréscimo significativo deresistência
VERIFICAÇÃO DA RCNC DA MISTURAConforme Tabela
AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DEPROJETO DA MISTURAConforme correlações a seguir
6 Uma estimativa do teor ótimo decal pode ser obtida com o ensaio
pH de Eades e Grim
5. S
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Dosagem
Método de Thompson
Técnicas de Melhoramento de Solos 43
5. S
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Dosagem
Método de Thompson
Técnicas de Melhoramento de Solos 44
>345 kPaSolo reativo(mistura solo-cal)
RCNC 6
3 – 5 – 7% de cal
Análise de RCNC
PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO% acima da qual acréscimos de cal nãoresultam em acréscimo significativo deresistência
VERIFICAÇÃO DA RCNC DA MISTURAConforme Tabela
PORCENTAGEM DE CAL DE CAMPOAdição de 0,5 a 1,0% acima do teor deprojeto para suprir perdas construtivas,distribuição desigual, etc.
AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DEPROJETO DA MISTURAConforme correlações a seguir
6 Uma estimativa do teor ótimo decal pode ser obtida com o ensaio
pH de Eades e Grim
5. S
olo-
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Durabilidade
Principais métodos de avaliação:
Perda de peso (forças de retração, molhagem e secagem)
Perda de resistência ( forças de expansão, gelo-degelo)
No Brasil para avaliação da durabilidade de solos estabilizados usam
como base ensaios de molhagem-secagem
Técnicas de Melhoramento de Solos 45
5. S
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Durabilidade
Principais métodos de avaliação
Principais métodos de avaliação por molhagem e secagem:
• Método da ABCP
• Método de Iowa
• Método proposto por Marcon
Técnicas de Melhoramento de Solos 46
5. S
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cal
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Durabilidade
Principais métodos de avaliação - Método de Iowa
6 cp’s (0,05m diâmetro por 0,05m altura), curados em câmara úmida
durante 14 dias
Metade dos cp’s são submetidos a ciclos de molhagem e secagem
Metade fica curando em câmara úmida
Técnicas de Melhoramento de Solos 47
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cal
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Durabilidade
Principais métodos de avaliação - Método de Iowa
Ciclos de 48h
24h de imersão em água destilada e 24h de secagem ao ar Ao final dos
ciclos (6 ou 12) cp’s são imersos por 24h
RCNC
Avaliação é feita com base no coeficiente de durabilidade Cd
Cd > 80%
Técnicas de Melhoramento de Solos 48
5. S
olo-
cal
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Durabilidade
Principais métodos de avaliação - Método de Marcon, 1977
Mínimo de 6 cp’s, curados em câmara úmida durante 90 dias
Metade dos cp’s são submetidos a ciclos de molhagem e secagem
Metade fica curando em câmara úmida
Técnicas de Melhoramento de Solos 49
5. S
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cal
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Durabilidade
Principais métodos de avaliação - Método de Marcon, 1977
4 períodos de secagem ao ar livre
13 dias – secagem
13 dias – molhagem
13 dias – secagem
13 dias – molhagem
13 dias – secagem
13 dias – molhagem
12 dias – secagem
Técnicas de Melhoramento de Solos 50
5. S
olo-
cal
Prof. Flavio A. Crispim
Durabilidade
Principais métodos de avaliação - Método de Marcon, 1977
Cp’s são imersos em água por 24h
RCNC
Cd > 80%
Técnicas de Melhoramento de Solos 51