universidade do estado de mato grosso...

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

Prof. Flavio A. Crispim

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

Física

Térmica

Eletrocinética

Mecânica

Compactação

Substituição dematerial

Química

Adição de aditivosquímicos (cal,

cimento,betume...)


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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


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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


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Aplicações

Tipos

Cal hidratada calcítica

Ca(OH)2

Cal hidratada dolomítica

Ca(OH)2.Mg(OH)2


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Aplicações

Troca catiônica

Floculação


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Aplicações

Reações pozolânicas


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Aplicações


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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)


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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)


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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)


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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


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Aplicações


Variação da expansibilidade


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


Variação da IP


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


Variação dos limites de consistência e da granulometria ( < 0,074 mm)


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Aplicações

Fatores que influenciam - Propriedades do solo

Variação de d max e ISC


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Aplicações

Fatores que influenciam - Propriedades do solo

Variação de ISC


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


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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


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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


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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


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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%


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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


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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


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%)


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Dosagem

Método do Departamento de Rodovias da Louisiana



Ciclo de cura

RCNC a veloc. 3,81 mm/min


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)

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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


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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


≥ 3 4

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Dosagem

Método do Departamento de Rodovias do Texas (TxDOT)



Ciclo de cura

RCNC


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


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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


> 1050

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Dosagem

Método de Thompson

Base ou sub-base - ganhos de RCNC > 345 kPa


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Dosagem

Método de Thompson


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)

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Dosagem

Método de Thompson


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.

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Dosagem

Método de Thompson


>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

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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


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

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Dosagem

Método de Thompson



RCNC 6

3 – 5 – 7% de cal

Análise de RCNC



AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DEPROJETO DA MISTURAConforme correlações a seguir


pH de Eades e Grim

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Dosagem

Método de Thompson


5. S

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cal


Dosagem

Método de Thompson



RCNC 6

3 – 5 – 7% de cal

Análise de RCNC



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


pH de Eades e Grim

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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


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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


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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


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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%


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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


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Durabilidade


4 períodos de secagem ao ar livre

13 dias – secagem

13 dias – molhagem

13 dias – secagem


13 dias – secagem


12 dias – secagem


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Durabilidade


Cp’s são imersos em água por 24h

RCNC

Cd > 80%


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