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36.a REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO – 36.ª RAPv

CURITIBA/PR - BRASIL - 24 a 26 de agosto de 2005

Local: Auditório I da Federação das Indústrias do Estado do Paraná (FIEP)

ESTUDO DA VIABILIDADE DE DOSAGEM DE SOLO CIMENTO

UTILIZANDO O ENSAIO DA PASTILHA DA MCT

Rita Moura Fortes1; Alessandra Christina Andrade Figueiredo2 Leandro Agostinho3 & Osmar

Alves4

1 Professora Dr. do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Presbiteriana Mackenzie – UPM R. da Consolação, 896 – Prédio 6 – CEP 01302-907 – São Paulo – SP e-mail: [email protected] 2 Graduanda de Engenharia Civil da UPM R. da Consolação, 896 – Prédio 6 – CEP 01302-907 – São Paulo – SP e-mail: [email protected] 3 Graduando de Engenharia Civil da UPM R. da Consolação, 896 – Prédio 6 – CEP 01302-907 – São Paulo – SP e-mail: [email protected] 4 Laboratorista do curso de Engenharia Civil da UPM R. da Consolação, 896 – Prédio 6 – CEP 01302-907 – São Paulo – SP

Trabalho 36ª RAPv- 096 36a REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO - 36a RAPv

Curitiba - BRASIL - 24 a 26 de agosto de 2005

RESUMO A dosagem das misturas utilizadas como camada intermediária dos pavimentos exige tempo e recursos que podem comprometer mais de 20% das verbas de projeto. Nas modalidades existentes hoje de contrato, busca-se racionalizar os recursos e por vezes, a racionalização se torna uma economia que acaba por comprometer a definição da solução mais adequada. Os indicadores financeiros dos projetos executivos de rodovias de pista simples sugerem às vezes, números que são preocupantes. O valor gasto num projeto pode ser algo como 3% dos custos da obra e o estudo completo de todos os materiais que devem garantir a vida útil do pavimento podem representar uma porcentagem inferior a 1% dos custos da obra. No entanto, um erro nessa fase, pode comprometer seriamente toda a estrutura viária. Objetivando economizar o binômio tempo e dinheiro na fase de estudo de dosagem para bases estabilizadas granulometricamente e que fornece subsídios ao engenheiro no momento de tomar a decisão na matriz de solução das alternativas a serem estudadas em profundidade, foi desenvolvido um procedimento complementar à metodologia MCT. Assim sendo, é necessário o desenvolvimento de ensaios simples para auxiliar na dosagem dessa mistura com cimento. Esta pesquisa objetiva apresentar o potencial da utilização do ensaio da pastilha da MCT com algumas modificações, na fase inicial da dosagem de solo cimento, para estudar o potencial de misturas com diferentes dosagens de cimento Portland. PALAVRAS-CHAVE: Ensaio de pastilha, MCT, solo cimento, bases, cimento Portland. ABSTRACT The mix design of the usual mixtures using in intermediate pavement layers demands time and resources that can spend more than 20% of the total cost of the pavement. Actually, in the usually contract modalities, it is important to look for the rationalizing of the resources, but sometimes this process puts in risk the adjusted solution. The financial pointers of the executive highways design using simple lane suggest sometimes, numbers that are worrying. The money spends in a project will be around 3% of total construction costs and the complete study of all materials that must guarantee the useful life of the pavement can represent unless than 1% of the total costs. However, an error in this step, can compromise definitively the road structure. Objectifying to the best use of time and money in the study phase of dosage for stabilized granular bases and that it supplies subsidies to the engineer at the moment to take the decision in the solution matrix of the alternatives to be really studied, there was developed a complementary procedure of MCT methodology. Thus being, the development of simple tests is necessary to help in the cement mix design. This research was developed using the MCT disc method, in the preliminary phase, with some modifications, to study the potential of mixtures with different Portland cement dosages. KEY WORDS: MCT disc method, cement soil, bases, Portland cement.



INTRODUÇÃO As rodovias geralmente possuem um papel fundamental nas sociedades modernas e em particular nos aglomerados urbanos que se constituem nas áreas lindeiras ao seu posicionamento. Utilizada como elemento chave no escoamento da produção das sociedades e como ele entre os pólos de lazer, muitas vezes servem de base para a implantação de núcleos urbanos. O Estado de São Paulo, conta atualmente com cerca de 220.000 quilômetros de rodovias dos quais 20.000 pavimentados e 200.000 em estradas de terra. Sendo o Brasil um país de clima predominantemente tropical, salienta-se a importância excepcional de utilização de uma metodologia de identificação e classificação, que atenda as peculiaridades desses solos. Os solos das regiões tropicais apresentam uma série de peculiaridades decorrentes das condições climáticas, sendo, portanto necessário se conceituar os solos de peculiaridades tropicais, ou seja, os tipos genéticos de solos encontrados em regiões tropicais [1;2]. No que se refere às classificações genéticas, pedológicas e geológicas, pode-se dizer que são essencialmente científicas, preocupando-se com a origem e evolução dos solos [3]. As classificações mais utilizadas são a Unified Soil Classification System (USCS) ou, Classificação Unificada desenvolvida por Arthur Casagrande. Ela também se baseia na granulometria e nos limites de Atterberg, sendo que o “Earth Manual” do U.S. Bureau of Reclamation apresentou em 1974, uma interpretação dessa classificação para fins rodoviários, com a consideração de importantes propriedades geotécnicas, entre elas: permeabilidade, resistência ao cisalhamento após compactação e saturação e compressibilidade e a adotada pela American Association of State Highway Officials (AASHO) (ASTM), baseada naquela desenvolvida inicialmente pelo Bureau of Public Roads em 1928, que classifica o solo com base na granulometria, limite de liquidez e índice de plasticidade [4,5]. Diversos autores como Lumb [6], Moh and Mazhar [7], Lyon Associates [8], Gidigasu [9], Nogami e Villibor [10] e Mitchell e Sittar [11] tem investigado e alertado para as limitações dessas classificações quando aplicadas a solos tropicais, mostrando severas discrepâncias do comportamento geotécnico esperado. Assim, por exemplo, os solos que se classificam no grupo A-7-5, quando adequadamente compactados, podem se comportar como um ótimo subleito, caso laterítico, ou um péssimo subleito, caso saprolítico (baixa capacidade de suporte, muito resiliente e elevada expansão). Outro exemplo é o de solos do grupo A-4 com comportamento laterítico utilizados com sucesso em bases de pavimentos, ao passo que muitos solos saprolíticos pertencentes a esse mesmo grupo constituem freqüentemente um péssimo subleito. Na condição ótima de compactação da energia normal este solo apresenta um valor de CBR da ordem de 3%, no caso de solo saprolítico, ao passo que solos deste grupo, quando laterítico pode atingir valor de CBR superior a 30%, na mesma condição de compactação e superior a 80% na energia intermediária. A classificação de solos MCT utiliza amostras de 50-mm de diâmetro compactadas de acordo com a adaptação feita no procedimento do United Kingdom Transportation and Road Research Laboratory (TRRL), apresentado por Parsons [12], Parsons and Borden [13], e o ensaio de perda de massa por imersão. Esta classificação não se utiliza das propriedades índice: granulometria e limites de Atterberg (limite de liquidez e limite de plasticidade) como as classificações tradicionais de solos. Esta classificação visa agrupar os solos tropicais de acordo com suas peculiaridades de comportamento sob o ponto de vista mecânico e hidráulico [4]. Contudo para esses grupos de solos, não existia ainda, um procedimento expedito consolidado como aquele desenvolvido por Casagrande, para a sua identificação. Assim sendo, um procedimento de identificação dos solos foi inicialmente desenvolvido por Nogami e Cozzolino, em 1985. Em 1991, foi escrita a primeira proposta para o procedimento de ensaio e identificação dos grupos MCT, que corresponde a uma série de determinações rápidas e simples, baseada em índices empíricos e determinações qualitativas, utilizando aparelhagem simples, podendo ser executada no campo, identificando-se com um baixo custo, os solos de comportamento laterítico, dos de comportamento não-laterítico, conforme grupos da classificação MCT [14]. Em 1994 e 1996, Nogami e Villibor apresentaram simplificações do método, conseguindo obter a identificação dos grupos MCT através de um gráfico do valor da contração diametral versus penetração [15,16]. CLASSIFICAÇÃO MCT Os solos lateríticos e saprolíticos, segundo a classificação MCT, podem pertencer aos seguintes grupos: Solos de comportamento laterítico, designado pela letra L, sendo subdivididos em 3 grupos: LA - areia laterítica quartzosa; LA’ - solo arenoso laterítico e LG’ - solo argiloso laterítico. Solos de comportamento não laterítico (saprolítico), designados pela letra N, sendo subdivididos em 4 grupos: NA – areias, siltes e misturas de areias e siltes com predominância de grão de quartzo e/ou mica, não laterítico; NA’– misturas de areias quartzosas com finos de comportamento não laterítico (solo arenoso); NS’– solo siltoso não laterítico e NG’– solo argiloso não laterítico [4].



Na tabela 1 estão apresentadas as propriedades dos grupos de solos da MCT Tabela 1 – Propriedades e Utilização dos Grupos de Solos da MCT [4]

ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM CIMENTO PORTLAND A origem dos estabilizadores de solos remontam à Roma antiga. A necessidade de desenvolver-se aditivos capazes de melhorar as qualidades de grandes quantidades de solos surgiu como uma alternativa para a utilização de cal e cimento, que possuíam o inconveniente de precisar ser transportados em grande quantidade, em viagens intercontinentais, além de demandarem um tempo considerável para que as reações de cura ocorressem. Vários destes aditivos foram desenvolvidos, alguns à base de hidrocarbonetos saturados, copolímeros, ácidos sulfônicos, cloretos de cálcio ou sódio, mas muitos deles apresentavam como inconveniente ou a dificuldade de mistura ou a sensibilidade ao tipo de solo ou o alto custo ou até mesmo a contaminação de solos, tendo o seu uso restrito pela legislação ambiental vigente na Europa e América do Norte. Portanto, para a utilização de aditivos, no caso de solo cal ou solo cimento, o Brasil possui normas e trabalhos de pesquisa desenvolvidos com sucesso. Já a utilização de aditivos químicos, é de suma importância que se verifique se a sua constituição não possui elementos contaminantes e que também se realize ensaios para verificar o desempenho do aditivo na melhoria das propriedades do solo. Desde 1935, o PCA (Portland Association) tem desenvolvido pesquisas dos solos estabilizados com cimento Portland aplicados em pavimentação de estradas. A idéia já existia desde 1921. No Brasil, a Associação Brasileira de Cimento Portland iniciou seus trabalhos em 1941, tendo como pavimentação pioneira o Aeroporto de Petrolina. O solo-cimento é o material produzido sob controle e resultante do endurecimento de uma mistura homogênea, adequadamente compactada e curada, de solo(s) destorroado(s) com cimento Portland comum e água, em proporções determinadas no respectivo projeto. Eventualmente, podem entrar na mistura materiais como pedregulho ou a pedra britada. ADAPTAÇÕES EFETUADAS NO MÉTODO DE ENSAIO DAS PASTILHAS: Para a realização dos ensaios da pesquisa foi utilizado o Método Expedito de Ensaio das Pastilhas conforme a metodologia MCT [17, 18, 19]. Nessa pesquisa utilizou-se quatro porcentagens de adição de cimento em comparação com os resultados obtidos para o solo ao natural (sem cimento), 3%, 5% e 8%, em peso sobre a amostra seca, de cimento Portland. Para cada amostra de solo foram feitas quatro misturas diferentes, com a composição detalhada a seguir: -Amostra 1 (sem adição de cimento): 20 gramas de solo e 12 ml de água; -Amostra 2 (3% de cimento): 20 gramas de solo, 12 ml de água e 6 gramas de cimento; -Amostra 3 (5% de cimento): 20 gramas de solo, 12 ml de água e 10 gramas de cimento; -Amostra 4 (8% de cimento): 20 gramas de solo, 12 ml de água e 16 gramas de cimento; Para cada amostra, foram moldadas 3 pastilhas de cada mistura para cada período de cura, estes de 1, 3 e 7 dias (Figura 1).



Figura 1: Pastilhas moldadas e deixadas para cura do cimento. Para a cura das pastilhas com cimento foi utilizado um método antigo e muito fácil de ser executado em qualquer laboratório fixo ou de campo, o método da cura com serragem. Em um recipiente foi colocada serragem úmida e sobre uma placa de vidro foram colocadas as pastilhas moldadas. Elas foram cobertas com um pano limpo e úmido para que não houvesse contaminação da amostra, e depois com serragem úmida deixando as pastilhas totalmente cobertas com pelo menos 15 cm de serragem. Finalmente o recipiente foi tampado para impedir a evaporação da água. Percebeu-se que mesmo após os 7 dias de cura as pastilhas se mantiveram úmidas e que não ocorreu o aparecimento de trincas, significando que o processo de cura foi satisfatório. Um esquema de como foi montada a cura com a serragem está mostrado na Figura 2.

Figura 2: Esquema cura com serragem.

Após o tempo de cura, as pastilhas foram retiradas da serragem e levadas a estufa por 6 horas, a temperatura de 60° C. Após as 6 horas, mediu-se com o auxílio do paquímetro a contração da pastilha em relação ao diâmetro do anel de moldagem. Foram realizadas três medidas em cada pastilha e obteve-se a contração média para a classificação preliminar (Figura 3).

Serragem Pastilhas

Placa de Vidro

Tampa

Pano Limpo



Figura 3: Determinação da contração da pastilha.

Após a determinação da contração, as pastilhas foram colocadas sobre placas porosas para simular a absorção de água da mistura (Figura 4) [14].

Figura 4: Aparato para reabsorção de água.

Após as pastilhas estarem totalmente saturadas, efetuou-se a determinação da penetração da pastilha. Para uma maior precisão foi utilizado um penetrômetro universal com adaptações para atender o ensaio das pastilhas (Figura 5).

Figura 5: medida da penetração na pastilha.



Com os resultados do valor da penetração e da contração diametral obtidos, determinou-se a Classificação MCT Preliminar da Amostra, utilizando-se o ábaco da Figura 6.

Figura 6: Ábaco de Classificação Preliminar MCT.

RESULTADOS OBTIDOS Os resultados obtidos estão colocados na Tabela 2. A amostra 1 era um solo de comportamento não laterítico NS’-NG’. A amostras 2 e 3 eram solos de comportamento laterítico LA-LG’ e LG’, respectivamente. As misturas: 1 foram realizadas sem adição de cimento, a 2 com 3% de cimento, a 3 com 5% e a 4 com 8%. Cabe salientar que as pastilhas foram moldadas, as com adição de cimento curadas e após seguiu o procedimento normal do ensaio de pastilhas, determinando-se a contração e penetração e classificando-se a mistura através do ábaco da Figura 6.

Tabela 2: Resultados obtidos



AMOSTRA 1

Mistura Contração (mm) Penetração (mm) Classificação MCT

(preliminar) 24 horas de cura em ambiente úmido (1 dia)

1 0,95 7,20 NS´- NG´ 2 0,90 4,76 NS´- NG´ 3 0,90 1,20 LA´- LG´ 4 0,65 0,10 LA´

72 horas de cura em ambiente úmido (3 dias) 1 1,10 7,00 NS´- NG´ 2 0,18 5,70 NA´- NS´ 3 < 0,1 0,00 NA 4 < 0,1 0,00 NA

168 horas de cura em ambiente úmido (7 dias) 1 0,85 7,33 NS´/ NA´ 2 0,40 2,87 NA´/ NS´ 3 < 0,1 0,00 NA 4 < 0,1 0,00 NA

AMOSTRA 2 24 horas de cura em ambiente úmido (1 dia)

1 1,40 0,90 LA´- LG´ 2 1,28 0,00 LA´- LG´ 3 0,88 0,00 LA´ 4 1,05 0,00 LA´- LG´

72 horas de cura em ambiente úmido 1 1,05 0,30 LA´- LG´ 2 0,82 0,00 LA´ 3 0,49 0,00 LA - LA´ 4 0,53 0,00 LA - LA´

168 horas de cura em ambiente úmido 1 1,04 0,36 LA´- LG´ 2 1,18 0,00 LA´- LG´ 3 0,68 0,00 LA 4 0,92 0,00 LA – LG´

AMOSTRA 3 24 horas de cura em ambiente úmido (1 dia)

1 1,73 0,00 LG´ 2 1,74 0,00 LG´ 3 1,40 0,00 LA´- LG´ 4 1,36 0,00 LA´- LG´

72 horas de cura em ambiente úmido (3 dias) 1 1,24 0,00 LA´- LG´ 2 1,14 0,00 LA´- LG´ 3 1,35 0,00 LA´- LG´ 4 1,03 0,00 LA´- LG´

168 horas de cura em ambiente úmido 1 0,90 0,00 LA - LA´ 2 0,83 0,00 LA - LA´ 3 0,54 0,00 LA 4 0,46 0,00 LA



Os resultados observados na Tabela 2 estão também representados na Figura 7.

Am. 1 – 0% de cimento – cura: 24 horas Am. 2– 0% de cimento – cura: 24 horas Am. 3– 0% de cimento – cura: 24 horas

Am. 1 – 3% de cimento – cura: 24 horas Am. 2 – 3% de cimento – cura: 24 horas Am. 3 – 3% de cimento – cura: 24 horas

Am. 1– 5% de cimento – cura: 24 horas Am. 2– 5% de cimento – cura: 24 horas Am. 3– 5% de cimento – cura: 24 horas


Am. 1 – 0% de cimento – cura: 72 horas Am. 2– 0% de cimento – cura: 72 horas Am. 3– 0% de cimento – cura: 72 horas








Observou-se que para a amostra 1: NS’-NG’ a adição de cimento aumentou a resistência à penetração. Com porcentagens de 5 a 8%, o solo passou a apresentar comportamento laterítico. Na amostra 2 e 3, observa-se que para os solos de comportamento laterítico, com a adição de cimento há uma tendência do mesmo apresentar um comportamento mais arenoso, embora fique mais uma vez bem claro, que se o solo é bom, ele não precisa de aditivo, assim como o paciente saudável não precisa de remédio. CONCLUSÕES FINAIS Observou-se que este ensaio apresenta potencial para ser utilizado na dosagem de solo cimento, com a vantagem de ser simples e expedito. No entanto, é importante que antes de se utilizar qualquer material como referência de projeto, se faça a sua dosagem completa, para verificar qual a porcentagem de adição de cimento que atenderá melhor o desempenho desejado. Observa-se que o fator tempo de cura é muito importante e que dependendo desse tempo, pode-se obter os parâmetros almejados com uma menor porcentagem de cimento. Este procedimento pode ser utilizado na fase de estudo de viabilização de jazidas e da determinação da ordem de grandeza do teor de cimento, no entanto, sua limitação, dada a sua simplicidade, não permite ser utilizado como elemento final indicativo de projeto. Aliás, recomenda-se fazer, após a dosagem, um estudo para previsão de desempenho, para que se possa fazer uma melhor utilização dos materiais.

0,55 0,9 1,4 Contração diametral (mm)

0,220,15

Pene

traç

ão (m

m)



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http://meusite.mackenzie.com.br/rmfortes/estradas2/4_NOÇÕES_DE_SOLOS.pdf, 2002. [2] Fortes, Rita Moura & Merighi, João Virgilio. THE USE OF MCT METHODOLOGY FOR RAPID

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[17] Fortes, R.M., J.V. Merighi, and A. Zuppolini Neto. Método das Pastilhas para Identificação Expedita de Solos Tropicais. Proceedings, 2º Congresso Rodoviário Português, Lisboa, Portugal, 18 a 20 de novembro de 2002, LNEC, Volume II, pp. 17-28.

[18] Fortes, Rita Moura, Zuppolini Neto, Alexandre & Merighi, João Virgilio “Proposta de Normalização do Método das Pastilhas para Identificação Expedita de Solos Tropicais”, 11ª Reunião de Pavimentação Urbana, ABPv - Associação Brasileira de Pavimentação, Porto Alegre - RS, Brasil, 2002.

[19] Fortes, Rita Moura & Merighi, João Virgilio. THE USE OF MCT METHODOLOGY FOR RAPID CLASSIFICATION OF TROPICAL SOILS IN BRAZIL IJP - International Journal of Pavements, Vol.2, No.3, September 2003, pp.1-13.

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