aula 1.7 pavimentação aula solo cimento 1.ppt

Estabilização Química de Solos

A Estabilização Química quando utilizada para solos granulares visa principalmente melhorar sua resistência ao cisalhamento (causado pelo atrito produzido pelos contatos das superfícies das partículas) por meio de adição de pequenas quantidades de ligantes nos pontos de contato dos grãos. Os ligantes mais utilizados são o Cimento Portland, Cal, Pozolanas, materiais betuminosos, resinas, etc.

Estabilização solo-cimento

“Solo-cimento é o produto endurecido resultante da mistura íntima compactada de solo, cimento e água, em proporções estabelecidas através de dosagem racional, executada de acordo com as normas aplicáveis ao solo em estudo”.

Estabilização solo-cimento

No Brasil, o solo cimento passou a ser utilizado a partir de 1940 na área de pavimentação, e em 1948 já havia aplicação na construção de paredes de solo cimento.

Estabilização solo-cimento Mais de meio século de experiência brasileira com

a tecnologia do solo-cimento possibilitaram o aparecimento de variadas aplicações dentro das obras de engenharia como:

Pavimentação de ruas e estradas; passeios para pedestres; quadras esportivas; revestimento de barragens; silo -trincheira; terreiros de café; obras de contenção; canalização e proteção de pontes; habitação (tijolos, blocos, lajotas, paredes monolíticas, fundações e pisos).

Tipos de misturas de solos tratados com cimento

Toda mistura envolvendo solo e qualquer teor de cimento tem sido erroneamente chamado de mistura solo-cimento.

Existem três diferentes tipos de misturas de solo

estabilizado com cimento, sendo o solo -cimento, apenas uma delas


a) Mistura de solo-cimento

Produto obtido pela compactação e cura de uma mistura íntima de solo, cimento e água, de modo a satisfazer a critérios de estabilidade e durabilidade exigidos.


b) Solo melhorado com cimento (modificado com cimento)

Quando um solo mostrar-se economicamente inviável de ser estabilizado com cimento, ainda poderá ser utilizado para fins de pavimentação através da adição de pequenas quantidades de cimento (1 a 5%), que visam modificar algumas de suas propriedades físicas, por exemplo, baixar o índice de plasticidade através do aumento do LP e da diminuição do LL ou diminuir as mudanças de volume e inchamento do solo.


c) Solo-cimento plástico

Material endurecido formado pela cura de uma mistura íntima de solo, cimento e quantidade suficiente de água para produzir uma consistência de argamassa.

A quantidade de água no solo-cimento é apenas para

permitir uma boa compactação e completa hidratação do cimento.

No solo-cimento plástico a quantidade de cimento é aproximadamente 4% a mais para satisfazer os critérios de durabilidade e estabilidade exigidos e também devido a maior quantidade de água necessária para deixar a mistura na consistência de argamassa.

Mecanismos de reação da mistura solo-cimento

O processo de estabilização do solo com o cimento ocorre a partir do desenvolvimento

das reações químicas que são geradas na hidratação do cimento (mistura do cimento

com água). A partir daí, desenvolvem-se vínculos químicos entre as superfícies dos grãos do cimento e as partículas de solo que estão em contato com o mesmo.


Sendo assim, durante o processo de estabilização do solo com cimento, ocorrem dois tipos de reações: as reações de hidratação do cimento Portland e as reações entre os argilominerais e a cal liberada na hidratação do cimento ( C3S, β-C2S, C3A, C4AF + H2O). Estas reações podem ser exemplificadas da seguinte forma:

Mecanismos de reação da mistura solo-cimento a) Reações de hidratação do cimento C3S + H2O C3S2Hx (gel hidratado) + Ca(OH)2

Ca(OH)2 Ca++ + 2(OH)-

Se o PH da mistura abaixar: C3S2Hx CSH + Cal

b) Reações entre a cal gerada na hidratação e os argilominerais do solo:

Ca++ + 2(OH)- + SiO2 (Sílica do solo) CSH Ca++ + 2(OH)- + Al2O3 (Alumina do solo) CAH

As últimas reações são chamadas pozolânicas e ocorrem em velocidade mais lenta. O CSH é um composto cimentante semelhante ao C3S2Hx.


Nos solos granulares desenvolvem-se vínculos de coesão nos pontos de contato entre os grãos (semelhante ao concreto, porém o ligante não preenche todos os espaços).

Nos solos argilosos a ação da cal gerada sobre a sílica e alumina do solo resulta o aparecimento de fortes pontos entre as partículas de solo.


Surge então a seguinte questão: Por que os solos granulares respondem melhor à estabilização com cimento?

Porque nos solos argilosos a reação da cal gerada na hidratação e os argilominerais ocasionam uma queda no PH da mistura, afetando a hidratação e o endurecimento do cimento. Se o PH abaixar, o composto C3S2Hx reage novamente formando CSH e cal. Como o C3S2Hx é responsável pela maior parte da resistência da mistura solo-cimento, o aparecimento do CSH é indesejável quando provém deste composto, sendo benéfico apenas quando origina -se das reações da cal com os argilominerais. Portanto as reações de hidratação do cimento são as mais importantes e respondem pela maior parte da resistência final alcançada para a mistura. Nos solos argilosos a resistência devido às reações pozolânicas se dão às

custas de um decréscimo de contribuição da matriz cimentante.

Fatores que influenciam na estabilização solo-cimento

Por envolver aspectos físico-químicos tanto do cimento quanto do solo, este tipo de estabilização é influenciada por inúmeros fatores:

a) Tipo de solo Todo solo pode ser estabilizado com cimento, porém os solos

arenosos (granulares) são mais eficientes que os argilosos por exigirem baixos teores de cimento.

b) Presença no solo de materiais nocivos ao cimento A presença de matéria orgânica no solo afeta a hidratação do cimento

devido à absorção dos ions de cálcio gerado, resultando uma queda no PH da mistura.

Os sulfatos geralmente encontrados nas águas do solo combinam com o aluminato tricálcico do cimento hidratado formando o sulfo-aluminato de cálcio (sal de Candlot) que ocupa grande volume, provocando quebra de ligações cimentícias.


c) Teor de cimento

A resistência da mistura solo-cimento aumenta linearmente com o teor de cimento, para um mesmo tipo de solo. O teor de cimento depende do tipo de solo, quanto maior a porcentagem de silte e argila, maior será o teor de cimento exigido. Para alcançar o valor ideal do teor de cimento para um tipo de solo, deve-se recorrer aos procedimentos de dosagem.


d) Teor de umidade da mistura

Assim como nos solos naturais, as misturas solo-cimento exigirão um teor de umidade que conduza a uma massa específica seca máxima, para uma dada energia de compactação. O acréscimo de cimento ao solo tende a produzir um acréscimo no teor de umidade e um decréscimo na massa específica seca máxima, devido a açãofloculante do cimento. O teor de umidade ótimo que conduz à máxima massa específica seca não é necessariamente o mesmo para a máxima resistência. Este último está localizado no ramo seco para os solos arenosos e no ramo úmido para ossolos argilosos.


e) Operações de mistura e compactação

A demora de mais de duas horas entre a mistura e a compactação pode trazer significantes decréscimos tanto na massa específica seca máxima quanto na resistência do produto final.

O decréscimo na massa específica seca máxima é causado pelo aumento do PH da água quando esta entra em contato com o cimento, causando floculação das partículas de argila. Se o tempo mistura-compactação for grande, são produzidos grandes quantidades de argila floculada, que irá absorver da compactação. Recomenda-se que a compactação deva iniciar-se logo após a mistura e complementada dentro de duas horas.


f) Tempo e condições de cura

Como no concreto, a mistura solo-cimento ganha resistência por processo de cimentação das partículas durante vários meses ou anos, sendo maior até os 28 dias iniciais. Neste período deve ser garantido um teor de umidade adequado à mistura compactada.

Diferente do concreto, a temperatura de cura deve ser elevada para propiciar elevadas resistências. Durante as reações pozolânicas, a temperatura tende a elevar-se. Nos países de clima quente pode-se empregar um teor de cimento menor para atingir a mesma resistência à compressão que seria alcançada em um pais de clima frio.

A dosagem do solo-cimento


Solo-cimento é o produto endurecido resultante da mistura íntima compactada de solo, cimento e água, em proporções estabelecidas através de dosagem racional, executada de acordo com as normas aplicáveis ao solo em estudo. (ABCP, 1986)

Dosagem de solo-cimento é a seqüência de ensaios realizados com uma mistura de solo, cimento e água, seguida de interpretação dos resultados por meio de critérios preestabelecidos, sendo o resultado final, a fixação das três varáveis citadas (ABCP,1986).


Em 1935, a Portland Cement Association (PCA) fez as primeiras tentativas para criação de normas para a mistura solo-cimento. Em 1944 e 1945 a ASTM e AASHO, respectivamente, adotaram o método de dosagem idealizado pela PCA.


Aqui no Brasil, já em 1941, a ABCP publicou métodos análogos que constavam procedimentos análogos ao da PCA. Em 1962, foram feitas algumas modificações (simplificações) na Norma Geral de Dosagem do Solo-Cimento, dando origem à chamada Norma Simplificada de Dosagem Solo-Cimento.


Em 1990, após ter sido estudada e aprovada pela comissão de estudos da ABCP (Associação Brasileira de Normas Técnicas), surgiu a nova norma de dosagem de

mistura solo-cimento que recebeu o número de registro NB 01336, designada “Solocimento - dosagem para emprego como camada de pavimento (NBR 12253).

As normas brasileiras baseiam-se nos métodos de dosagem da Portland Cement Association (PCA) e na comprovação dos resultados de um grande número de obras executadas e em uso, com uma enorme variedade de solos, desde 1939.


Serão mostrados, os procedimentos para dosagens de mistura solo-cimento pela nova norma (NBR 12253) assim como breve resumo das antigas “Norma geral” e “Norma Simplificada”.

A dosagem do solo-cimento Breve resumo da norma geral de dosagem solo-cimento A dosagem de uma mistura solo-cimento pode ser considerada como

experimental, onde diferentes teores de cimento são empregados nos ensaios e a análise dos resultados indica o menor deles capaz de estabilizar o solo sob a forma de solocimento.

Como resumo das principais operações pode-se citar: a) Identificação e classificação do solo b) Escolha do teor de cimento para ensaio de compactação c) Execução do ensaio de compactação do solo-cimento d) Escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade e) Moldagem do corpo de prova para o ensaio de durabilidade f) Execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem g) Escolha do teor de cimento adequado em função dos resultados

do ensaio


Breve resumo da norma simplificada de dosagem do solo-cimento

A duração do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem pode ser apontada como a maior desvantagem da aplicação da norma geral para uma dosagem de solocimento. Procurou-se então uma correlação entre o ensaio de durabilidade e outro ensaio mais simples.


A PCA (Portland Cement Association), baseada em análises estatísticas dos resultados de ensaios de durabilidade e ensaios de compressão simples aos 7 dias criou a norma simplificada de dosagem solo-cimento. Esta análise foi baseada em amostras de 2438 solos arenosos. (ABCP, 1986)


O fundamento do método foi extraído dos resultados desta série de resultados, onde foi constatado que um solo arenoso, com determinada granulometria e massa específica aparente máxima seca, requererá o mesmo teor de cimento indicado pelo ensaio de durabilidade se alcançar uma resistência à compressão aos 7 dias superior a um determinado valor especificado.


Aplicação da Norma Simplificada

Esta norma simplificada só é aplicável a solos que satisfaçam ao mesmo tempo às seguintes condições:

- Possuir no máx. 50% de material com diâmetro médio menor que 0,05mm (Silte +Argila).

- Possuir no máx. 20% de material com diâmetro médio menor que 0,005mm (Argila).


Métodos Empregados

- Método A: Usado quando toda amostra original passar na peneira de 4,8mm.

- Método B: Usado quando parte da amostra original de solo ficar retida na peneira 4,8mm (material passante na peneira 19mm).


Sequência de Dosagem a) Ensaios preliminares de solo b) Ensaio de compactação do solo-cimento (hot e

gdmax) c) Determinação da resistência à compressão

simples aos 7 dias d) Comparação entre a resistência à compressão

simples média obtida e a resistência à compressão simples admissível para o solo em estudo.

A nova norma de dosagem solo-cimento (NBR 12253) Baseado na experiência brasileira adquirida ao

longo dos anos, o uso dos solos a serem utilizados nas bases e sub -bases de solo-cimento restringiu-se aos tipos A1, A2, A3 e A4. Desta forma os solos siltosos e argilosos foram descartados devido a dificuldades do processo de execução.

A nova norma de dosagem solo-cimento (NBR 12253)

Todo tipo de solo pode, a princípio, ser estabilizado com cimento, porém os solos finos requerem teores elevados de cimento, tornando-se assim inadequados para fins de estabilização devido ao fator econômico.

Devido a esta limitação da utilização dos solos finos para a estabilização solo-cimento, eliminou-se também o ensaio de durabilidade por molhagem e secagem. Surgiu daí a necessidade de criação de um novo procedimento de dosagem mais preciso. (Nascimento, 1991).


Procedimentos de dosagem

a) Ensaios preliminares do solo: Visando sua identificação e classificação, utiliza-

se a classificação HRB e somente os solos tipo A1, A2, A3 e A4 são estudados para a mistura solo-cimento, descartando-se assim os solos argilosos e siltosos.


b) Escolha do teor de cimento para ensaio de compactação

É baseado no quadro a seguir. Este quadro foi retirado da Norma Geral de dosagem e pode ser usado quando não se tenham experiências anteriores com o solo em questão.


Classificação do solo Teor de Cimento. Sugerido em Massa ( % ) A1-a 5 A1-b 6 A2 7 A3 9 A4 10

A dosagem do solo-cimento c) Execução do ensaio de compactação

Feito para obtenção de hot e γdmax para o teor de cimento indicado.

d) Determinação do teor de cimento para ensaio de compressão simples.

Para solos que apresentam 100% de material passante na peneira de 4.8 mm utilizar a Figura 1 a seguir.

Para solos que apresentam até 45% de material retido na peneirade 4.8 mm utilizar a Figura 2


Figura 1 - Teor de Cimento em Massa Indicado


Figura 2 - Teor de Cimento em Massa Indicado


e) Moldagem de 3 corpos de prova (no mínimo) para o teor de cimento selecionado

Para execução do ensaio de compressão simples. Podem ser moldados corpos-de-prova com um ou mais teores de cimento. Após a moldagem os corpos de prova devem ser submetidos ao período de cura.

f) Execução do ensaio de compressão simples (MB 03361 - NBR 12025)

A dosagem do solo-cimento g) Resultado da dosagem. Após a execução dos ensaios de compressão simples, calcula -se a

média aritmética das resistências à compressão simples correspondentes a um mesmo teor de cimento.

Não considerar os corpos de prova cuja resistência à compressão se afaste mais de 10% da média calculada. O número de corpos de prova mínimo para cálculo da média é dois.

O teor de cimento a ser adotado, capaz de estabilizar uma camada de pavimento através de uma mistura solo-cimento, será o menor dos teores que forneça resistência média à compressão simples aos 7 dias igual ou superior a 2.1 MPa ( 2100 KPa ). O valor de 2.1 MPa foi fixado por ser um número já consagrado no meio rodoviário

devido ao bom desempenho dos pavimentos conseguido com solos estudados com este valor de resistência.


Para a determinação do teor de cimento a ser adotado é permitida a interpolação dos dados de modo a indicar o valor mínimo de resistência à compressão média especificado de 2.1 MPa. A extrapolação de dados não é permitida.

O teor mínimo recomendado pela norma é de 5%. Para se transformar o traço obtido em peso (% massa) em volume (% volume) utilizar o ábaco da figura 3.

Figura 3 - Ábaco de Transformação do Teor de Cimento em Massa em Teor de Cimento em Volume (%)A dosagem do solo-cimento

Exercício1-Determinar o teor de cimento indicado para a

realização do ensaio de compressão simples para o solo com as seguintes características:

- Pedregulho fino: 3% - Areia fina: 60% - Argila: 18% - Areia grossa: 12% - Silte: 7% - Classificação segunda a HBR: A2 - Após execução do ensaio de compactação: γdmax = 1930 g/cm3 hot = 11,2 %

FRAÇÕES GRANULOMÉTRICAS

Para fins de dosagem se solo-cimento, as diversas frações dos solos são classificadas em escala própria, como segue:

Pedregulho grosso: partículas com diâmetro de 4,8mm a 76mm

Pedregulho fino: partículas com diâmetro de 2,0mm a 4,8mm

Areia grossa: partículas com diâmetro de 0,42mm a 2,0mm Areia fina: partículas com diâmetro de 0,05mm a 0,42mm Silte: partículas com diâmetro equivalente de 0,005 mm a

0,05mm Argila: partículas com diâmetro equivalente inferior a 0,005

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