universidade do estado de mato grosso campus...

Aula 04 – SOLO CIMENTO

Eng. Civil Augusto Romanini (FACET – Sinop)

Sinop - MT

2016/1

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO

CAMPUS DE SINOP

FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

TÉCNICAS DE MELHORAMENTO DE SOLOS

Apresentação da disciplina

Aula 01 – Solos Tropicais

Aula 02 – Estabilização Mecânica Aula 03 – Estabilização Granulométrica

Aula 04 – Estabilização Solo Cimento Aula 05 – Estabilização Solo - Cal

Aula 07 – Estabilização Solo - Betume Aula 08 – Estabilização – Compostos orgânicos

Aula 09 – Estabilização – Solo Bentonita

21/04/2017 2

Aula 06 – Práticas de campo

Aula 10 – Solo Reforçado com Fibras Aula 11 – Estabilização de Solos moles

AULAS

Aula 00 – Apresentação/Introdução

Parte II – Métodos Especiais

Parte IA – Métodos Tradicionais Básicos

Parte IB – Métodos Tradicionais Básicos

Parte I – Métodos Tradicionais Básicos

Conceito inicial

Dosagem

Exemplo Numérico

Solo - Cimento

Solo - Cimento Conceito inicial

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Solo Cimento é o resultado da mistura de solo+ água + cimento.

Os diferentes quantitativos de água e cimento para a obtenção de

mistura com características adequadas de resistência e durabilidade.

Quanto e qual é a melhora na mistura?

Solo - Cimento

Não há uma definição precisa entre as bibliografias sobre o conceito

“exato” da estabilização solo-cimento, por exemplo, para o DNIT:

Solo cimento ( % cimento de 6% até 10%): Deve satisfazer a certos

requisitos de densidade, durabilidade e resistência, resultando em

material duro, cimentado, de acentuada rigidez a flexão.

Solo melhorado com cimento( % cimento de 2% até 4%): Tem se

uma modificação da plasticidade e sensibilidade à água, sem

cimentação acentuada, formando assim um base flexível.

Solo estabilizado com cimento (% cimento 4% até 6%) : Aplicado

em aterros e subleito para melhoramento imediato das propriedade

mecânicas do solo, para que seja possível a compactação e tráfego.

21/04/2017 5


Solo - Cimento

A ideia de estudo será que : Solo cimento é o resultado da mistura de solo + água + cimento.

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Mistura

Compactação

Aumento de ResistênciaRedução de DeformaçõesMelhor resposta á ação

da água

Solo Cimento Água

Cimentação

Solo - Cimento

Água + cimento = produtos de hidratação ( silicato hidratados

de cálcio, aluminatos hidratados de cálcio e cal hidratada)

O silicato hidratado de cálcio e os aluminatos hidratados de

cálcio são os agentes responsáveis pela cimentação.

21/04/2017 7


Para solos granulares – a estabilização ocorre devido a

forças de adesão resultantes da cimentação; Os silicatos e

aluminatos de cálcio ligam-se as partículas de solo,

conferindo maior resistência a mistura.

As últimas reações - são pozolânicas e ocorrem em

velocidade mais lenta . Os compostos CSH e CAH são os

agentes cimentantes responsáveis pelo ganho de resistência

Solo - Cimento

Cimentação

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Solo - Cimento

Cimentação

21/04/2017 9

Grão não

hidratado de

cimentoPartícula de Argila

Ligações argila -

cimento

Produtos da hidratação do

cimento – ( C-S-H e C-A-H)

Cimentação de material

devido a hidratação do

cimento.

Cimentação de

material devido as

reações pozolânicas

(C-S-H e C-A-H)Ligações argila

- cimento

Reação Pozolânica Hidratação do Cimento

Hidróxido de Cálcio gerado por

cimento ou cal


Solo - Cimento

Ensaios – solo natural: LL, LP, granulometria, absorção e peso específico

Ensaios – misturas: LL, LP, granulometria, compactação na energia do Proctor

normal, durabilidade molhagem-secagem

21/04/2017 10

Solo - Cimento Dosagem

Machado C

Cet a

l, 2006

Solo - Cimento

Em caso de dúvidas, consulte:

Portland Cement Association (PCA)

No Brasil – ET 35 (ABCP, 2004)

Norma Geral

Norma Simplificada

Aplicada a qualquer solo

Aplicada a solos granulares

21/04/2017 11


Adaptações Podem ser bem vindas

Solo - Cimento21/04/2017 12

Para a dosagem, quando a finalidade é pavimentação, utiliza-se a

classificação TRB, com as seguintes especificações:

• Diâmetro máximo das partículas de 75 mm

• Material passante na #4(4,8mm) ≥ 50%

• Material passante na #40 ( 0,42 mm), de 15% até 100%.

• Material passante na #200 ( 0,075 mm) ≤50%

• LL≤ 40%

• IP≤ 18%


Os critérios da norma DNIT 143/2010-ES para base estabilizada com cimento são os seguintes:

% < 76 mm = 100% % < 4,8 mm = 50 a 100%

% < 0,42 mm = 15 a 100% % < 0,074 mm = 5 a 35%

LL < 40% IP < 18%

RCNC7 > RCNCk (dosagem) RCNC7 > 2,1 MPa

Solo - Cimento

Norma Geral

21/04/2017 13

O procedimento da Norma Geral é composto por 7 etapas:

a) Identificar e classificar o solo

b) Escolher os teores de cimento para o ensaio de compactação

c) Executar o ensaio de compactação para os teores

d) Escolher os teores para conduzir os ensaios de durabilidade

e) Moldar os corpos de prova para o ensaio de durabilidade

f) Execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem

g) Escolher o teor de cimento adequado com base nos resultados obtidos.


Solo - Cimento

Norma Geral

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Procedimento

a) Identificar e classificar o solo:

• Ensaio de massa especifica dos grãos de solos – NBR 6508

• Ensaio de LL – NBR 6459

• Ensaio de LP – NBR 7180

• Analise da granulometria do solo – NBR 7181

• Absorção de água dos grãos de pedregulhos – NBR 6458


Solo - Cimento

Norma Geral

Exemplo 01

3%

5%

7%

Exemplo 02

6%

8%

10%

21/04/2017 15

Procedimento


Em geral são ensaios três teores , acrescidos de 2 pontos percentuais, ou seja, pode – se

ensaiar :


Solo - Cimento

Norma Geral

21/04/2017 16


A curva de compactação apresenta uma variação pequena para as diferenças de cimento,

sendo assim, pode –se realizar uma única curva de compactação para o teor médio de

cimento, no entanto isto não é aplicável para estudos aprofundados. Apenas para estudos

preliminares.

Para outros estudos é importante realizar as curvas de compactação para cada teor

escolhido.

É sempre bom estudar outras curvas de solos semelhantes e de outros estudos

utilizando cimento.

Procedimento


Solo - Cimento

Classificação (AASHTO-

TRB)

Teor de cimento em massa

(%)

A-1-A 5

A-1-B 6

A-2 7

A-3 9

A-4 10

A-5 10

A-6 12

A-7 13

Norma Geral

21/04/2017 17


Não havendo outra alternativa, pode se estimar com base na classificação TRB obtida no item

a), e a partir disto utilizar a Tabela abaixo. Não é necessário fazer vários estudos.

Lembre – se a classificação TRB foi desenvolvida nos EUA.

Procedimento


Solo - Cimento

Norma Geral

21/04/2017 18

c) Executar os ensaios de compactação conforme a Norma.

Procedimento


Solo - Cimento

Norma Geral

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Existe um conjunto de

normas para ensaios

utilizando misturas Solo –

Cimento.

Procedimento



Solo - Cimento

NBR 12023 (energia normal)

w d

wot, d maxd max

Solo puro (0%)

w

d

Aumento na % cimento

wot

Norma Geral

21/04/2017 20

Procedimento



Solo - Cimento

d) Escolher os teores para conduzir os ensaios de durabilidade:

Estes teores podem ser os três pré-determinados , ou apenas um dos três. Quando se

escolhe um dos três ele pode ser feito com base na experiência ou com base na Tabela,

utilizando os dados dos itens anteriores.

Norma Geral

21/04/2017 21

Procedimento


Solo - Cimento

Norma Geral

21/04/2017 22





Procedimento


Solo - Cimento

Norma Geral

21/04/2017 23





Procedimento


Solo - Cimento

Norma Geral

21/04/2017 24

e) Moldar os corpos de prova para o ensaio de durabilidade:

A moldagem dos corpos de prova segue a norma de compactação e os itens anteriores. Após

isto eles são condicionados em uma câmara úmida para cura, por 7 dias.

Procedimento


Solo - Cimento

Norma Geral

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f) Execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem

• Após os 7 dias de cura em câmara úmida os corpos de prova são mensurados, conforme a

norma ( peso e medidas) e submetidos a um ensaio de imersão de 5 horas.

• Após o tempo de imersão são novamente mensurados e posteriormente submetidos a

secagem em estufa a uma temperatura de (71ºC ±2ºC) por 42 horas.

• Passado o período de secagem em estufa, são escovados e novamente

mesurados.

• Após isto inicia-se o procedimento de imersão, secagem e escovação por mais

11 vezes, totalizando 12 repetições.

Para cada etapa realiza –se o cálculo da perda de massa, com base na equações.

Procedimento

Solo - Cimento DosagemSolo - Cimento

Solo - Cimento

Norma Geral

21/04/2017 26

f) Execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem - Cálculos

Procedimento

Solo - Cimento DosagemSolo - Cimento

I) Corrigir o valor da massa seca do corpo-de-prova, descontando a

massa de água que ficou retida no corpo-de-prova seco, como segue:

onde:

M f = massa seca final corrigida;

M = massa seca a 110°C;

A = porcentagem de água retida no corpo-de-prova.

A porcentagem de água retida no corpo-de-prova é dada pela Tabela

1.

II) A perda de massa do corpo-de-prova é obtida

pela seguinte fórmula:

onde:

P m = perda de massa;

M s = massa seca inicial calculada, obtida por

ocasião da moldagem do corpo-de-prova;

M f = massa seca final corrigida.

SOLO CAL21/04/2017 27

Norma Geral Procedimento

DosagemSolo - Cimento

Cura por 7dias Mensuração Imersão por 5 horas Secagem

Escovação

Mensuração

Mensuração

Início

Fim2º Ciclo

3º Ciclo

4º Ciclo

5º Ciclo

6º Ciclo7º Ciclo

8º Ciclo

9º Ciclo

10º Ciclo

11º Ciclo

Cálculo da

Pm para o 1º

Ciclo

Início do 2º

cicloCálculo da

Massa final

Análise e

escolha do

Teor de

cimento

Solo - Cimento

Norma Geral

21/04/2017 28

g)Escolher o teor de cimento adequado com base nos resultados obtidos

A escolha é com base na analise dos resultados, levando em consideração o teor de cimento

utilizado e sua respectiva resposta ao ensaio da norma geral. Situações hipotéticas podem ser:

• Com baixos teores de cimento ocorre uma redução expressiva na perda

de massa, isto é, um bom resultado.

• Com altos teores de cimento ocorre uma redução pouco expressiva na

perda de massa, isto é, um resultado ruim.

Procedimento


Solo (AASHTO-TRB) Perda em peso (%)

A-1, A-2-4, A-2-5 eA-3 14

A-2-6, A-2-7, A-4 eA-5 10

A-6 eA-7 7

A norma geral, utilizando a classificação TRB é comum que se tenha uma perda de peso

que pode ser comparada com os valores da Tabela abaixo:

Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 29

A norma simplificada tem tempo de execução menor, diferente da norma geral , é

incorporada a norma o ensaio de resistência a compressão não confinada aos 7 dias de

cura, o ensaio de durabilidade é realizado externo ao procedimento. É divida em dois

métodos conforme o ensaio de granulometria. É IMPORTANTE SABER:

Aplicada apenas a solos arenosos.

A parte Silte + Argila < 50%

A parte Argila < 20%

O método A - é utilizado quando a porcentagem retida na peneira 4,8 mm É IGUAL A

ZERO

O método B - é utilizado quando a porcentagem retida na peneira 4,8 mm É MAIOR QUE

ZERO.


Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 30

O procedimento da Norma simplificada é composto por 4 etapas:

a) Identificar e classificar o solo

b) Estimar o Peso especifico e Executar o ensaio de compactação para os teores

c) Determinar a resistência a compressão não confinada ( RCNC) aos 7 dias de cura.

d) Comparação entre a RCNC média obtida nos corpos de prova e a RCNC mínima

determinada.


Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 31

Procedimento

a) Identificar e classificar o solo:

• Ensaio de massa especifica dos grãos de solos – NBR 6508

• Ensaio de LL – NBR 6459

• Ensaio de LP – NBR 7180

• Analise da granulometria do solo – NBR 7181

• Absorção de água dos grãos de pedregulhos – NBR 6458

ESTA ETAPA É COMUM NOS DOS MÉTODOS!


Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 32

Procedimento – Método A

b) Estimar o peso especifico seco e

Executar o ensaio de compactação :

É comum estimar o teor de cimento

com base na granulometria e o

peso especifico seco máximo obtido

realizando a compactação do solo

sem adição de cimento , e assim

realizar o ensaio de compactação

para atingir o valor estimado.


Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 33


b) Executar o ensaio de compactação:

Estimado o teor de cimento executa – se o ensaio de compactação para o teor determinado.

Com base no teor determinado, também estudam – se mais dois teores de cimento um dois

pontos percentuais abaixo e outro dois pontos percentuais acima.


Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 34


Estimado o teor de cimento executa – se o ensaio de compactação para o teor determinado,

no caso anterior teríamos:

Teor de aproximadamente 9%, ou seja os outros teores seriam : 7% e 11% de cimento.

E assim pode – se iniciar os estudos do item c.



Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 35


c) Determinar a resistência a compressão não confinada ( RCNC) aos 7 dias de cura:

Para determinar a RCNC é comum que para cada teor seja compactados 3 corpos de prova, que

são confinados em câmara úmidas. Em alguns estudos são utilizados conjuntos de 5 corpos de

prova para se determinar uma resistência média.

É IMPORTANTE TER CONTROLE DE COMPACTAÇÃO NESSES CORPOS DE PROVA.


Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 36


determinada:

A comparação é feita após o ensaio;

Espera – se que a RCNC média seja maior que a RCNC admissível.



Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 37

Procedimento – Método B



Nesse caso realiza – se o ensaio

utilizando o ensaio granulométrico e a

partir de teores pré determinados.

Onde pode – se estimar os pesos

específicos sem utilizar o ensaio de

compactação.


Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 38



Nesse caso realiza – se o ensaio utilizando o ensaio granulométrico e a partir de teores pré

determinados. Onde pode – se estimar os pesos específicos sem utilizar o ensaio de

compactação.


Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 39


c) Determinar a resistência a compressão não confinada ( RCNC) aos 7 dias de cura:

Para determinar a RCNC é comum que para cada teor seja compactados 3 corpos de prova, que

são confinados em câmara úmidas. Em alguns estudos são utilizados conjuntos de 5 corpos de

prova para se determinar uma resistência média.

É IMPORTANTE TER CONTROLE DE COMPACTAÇÃO NESSES CORPOS DE PROVA.


Solo - Cimento

Norma Simplificada

21/04/2017 40



determinada:

A comparação é feita após o ensaio;

Espera – se que a RCNC média seja maior que a RCNC admissível.


Solo - Cimento

Exemplo – Norma Geral

21/04/2017 41


Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 42


Norma Geral

Solo A

Massa Especifica (kN/m²) 25,8

Limite de Liquidez 23

Limite de Plasticidade NP

Granulometria %Passante

#4 100

#40 98

#200 51

AASHTO - TRB A - 4 (2)

Item a)

Classificação (AASHTO-

TRB)

Teor de cimento em massa

(%)

A-1-A 5

A-1-B 6

A-2 7

A-3 9

A-4 10

A-5 10

A-6 12

A-7 13

Item b)

Item c)

Compactação de 4 curvas Solo + 0% Solo + 10%

Solo + 12%

Solo + 8%

Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 43


Norma Geral

Solo A


Limite de Liquidez (%) 23

Limite de Plasticidade(%) NP


#4 100

#40 98

#200 35


Item a) Item c)

Solo + 10%

= 18,66 kN/m³

Item d)

O ensaio de

durabilidade será

conduzido com o

teor de 8%

Solo - Cimento

Norma Geral

21/04/2017 44

g)Escolher o teor de cimento adequado com base nos resultados obtidos

A escolha é com base na analise dos resultados, levando em consideração o teor de cimento

utilizado e sua respectiva resposta ao ensaio da norma geral. Situações hipotéticas podem ser:

• Com baixos teores de cimento ocorre uma redução expressiva na perda

de massa, isto é, um bom resultado.

• Com altos teores de cimento ocorre uma redução pouco expressiva na

perda de massa, isto é, um resultado ruim.

Procedimento



A-1, A-2-4, A-2-5 eA-3 14

A-2-6, A-2-7, A-4 eA-5 10

A-6 eA-7 7

A norma geral, utilizando a classificação TRB é comum que se tenha uma perda de peso

que pode ser comparada com os valores da Tabela abaixo:

Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 45


Norma Geral

Item e) Item f)

Moldagem

Cura

Ensaio de Durabilidade

Perda de Massa %PMRelação Solo

Puro/Mistura

Solo Puro 9,7 1,00

Solo + 10 % 10,55 1,09

Solo + 8% 9,45 0,97

Solo + 12% 10,85 1,12


A-1, A-2-4, A-2-5 eA-3 14

A-2-6, A-2-7, A-4 eA-5 10

A-6 eA-7 7

Item g)

Escolha da mistura Solo + 10%

Solo - Cimento

Exemplo – Norma Simplificada – Método A

21/04/2017 46


Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 47


Norma Simplificada

Solo A



Índice de Plasticidade(%) 11


#4 100

#40 60

#200 45

AASHTO - TRB A -2 - 6 (0)

Item a)

Item b) - Estimando

= 18,70 kN/m³

Solo - Puro

= 1,87 g/cm³


Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 48


Norma Simplificada

Solo A





#4 100

#40 60

#200 45


Item a) Item b)

Solo - Puro


Teores Estimados

Solo + 9%

Solo + 7%

Solo + 11%

= 18,70 kN/m³

= 1,87 g/cm³

Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 49


Norma Simplificada

Solo A





#4 100

#40 60

#200 45


Item a) Item b)

Solo - Puro


Teores Estimados

Solo + 9%

Solo + 7%

Solo + 11%

= 18,70 kN/m³

= 1,87 g/cm³

Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 50


Norma Simplificada

Item c)


RCNC

Solo + 9%

Solo + 11%

Solo + 7%

Curvas de

compactação

Compactar 3 Cp’s

CurarRCNC

e w, Solo + 7%

e w, Solo + 9%

e w, Solo + 11%

Compactar 3 Cp’s

Compactar 3 Cp’s

Item d)

estimado

Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 51


Norma Simplificada

Item d)


RCNC RCNC > 2,1 MPa

RCNC,min = 1,77 MPa

Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 52


Norma Simplificada

Item d)


RCNC RCNC > 2,1 MPa

Teor de cimento

Corpo

de Prova7% 9% 11%

1 1890 2200 2500

2 1900 2300 2600

3 1910 2100 2450

Média

(RCNC)1900 2200 2517

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

6% 7% 8% 9% 10% 11% 12%

RC

NC

(kP

a)

Teor de Cimento em Massa (%)

Evolução da Resistência a compressão não confinada com aumento do teor de cimento

RCNC Média RCNC Estimada RCNC DNIT

Solo - Cimento

Exemplo – Norma Simplificada – Método B

21/04/2017 53


Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 54


Norma Simplificada

Item a)

Solo A





#4 90

#10 80

#40 70

#200 30



Item b) – Estimar



Nesse caso realiza – se o ensaio

utilizando o ensaio granulométrico e a

partir de teores pré determinados.

Onde pode – se estimar os pesos

específicos sem utilizar o ensaio de

compactação.

Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 55


Norma Simplificada

Item a)

Solo A





#4 90

#10 80

#40 70

#200 30



Item b) - Estimando

= 19,50 kN/m³

Solo - Puro

= 1,95 g/cm³

Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 56


Norma Simplificada

Item a)


Item b) – Estimar

1,950

Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 57


Norma Simplificada

Item a)


Item b) – Estimar Teores

Teores Estimados

Solo + 8%

Solo + 6%

Solo + 10%

Ábaco anterior!

Solo - Cimento

Solo - Cimento

21/04/2017 58

Item b)

Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 59


Norma Simplificada

Item c)


RCNC

Solo + 8%

Solo + 10%

Solo + 6%

Curvas de

compactação

Compactar 3 Cp’s

CurarRCNC

e w, Solo + 7%

e w, Solo + 9%

e w, Solo + 11%

Compactar 3 Cp’s

Compactar 3 Cp’s

Item d)

estimado

Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 60


Norma Simplificada

Item d)


Solo - Cimento

Exemplo Numérico

21/04/2017 61


Norma Simplificada

Item d)


Teor de cimento

Corpo de

Prova6% 8% 10%

1 1650 1940 2200

2 1630 1810 2320

3 1600 1790 2100

Média

(RCNC)1627 1847 2207

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

5% 6% 7% 8% 9% 10% 11%

RC

NC

(kP

a)

Teor de Cimento em Massa (%)

Evolução da Resistência a compressão não confinada com aumento do teor de cimento

RCNC Média RCNC Estimada RCNC DNIT

Solo - Cimento

Solo - Cimento

Leituras Recomendadas

21/04/2017 62

04 - Estudo da estabilização com cimento de um solo da região

de Sinop-MT para fins de pavimentação. - Friozi e Crispim

2013

05 - Resistência a durabilidade por molhagem e secagem de

um solo tropical estabilizado com cimento - Romanini et al

2014


ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). (1986). “NBR 6457: Amostras de solo – Preparação para

ensaios de compactação”. Rio de Janeiro, RJ.9p.

_______.(1995a).”NBR 6502: Solos e rochas. Rio de Janeiro, RJ, 1995, Rio de Janeiro, RJ. 18p.

_______.(1992a).”NBR 12023: Solo-cimento – Ensaio de compactação”. Rio de Janeiro, RJ. 6p.

_______.(1992b).”NBR 12024: Solo-cimento – Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos”. Rio de Janeiro, RJ 5p.

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Referências


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Sinop,MT. Universidade do Estado de Mato Grosso/ Campus Universitário de Sinop.46p. (Trabalho de conclusão de curso,

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Referências

Solo - Cimento

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