Estabilização de solos

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
INSTITUTO POLITÉCNICO - IPUC
ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
Ana Luisa de Macedo Gatto 
Henrique Cesar Martins Barbosa 
Rafael Machado Carlos 
Thiago Haueisen da Mata
Belo Horizonte
2015
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Ana Luisa de Macedo Gatto
Henrique Cesar Martins Barbosa
Rafael Machado Carlos
Thiago Haueisen da Mata
 
ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
Trabalho apresentado à Disciplina de Materiais de construção civil 3, do Curso de Engenharia Civil da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, com o objetivo de atender ao cronograma e explicitar o tema: “Estabilização de solos”.
Professor: Sidney Santos Barradas
Belo Horizonte
2015
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Índice
41.	INTRODUÇÃO e OBJETIVO	
2.	Estabilização do solo	5
2.1.1	Estabilização Mecânica	6
2.1.1.2 Compactação	7
2.1.1.3 Estabilização Granulométrica	8
2.2 Estabilização Fisico-Química (Aditivos)	10
2.2.1 Solo – Cimento	11
2.2.2 Solo – Cal	12
2.3 Estabilização de solo com outros aditivos	13
2.3.1 Estabilização com Cloretos	14
2.3.2 Estabilização com Impermeabilizantes	14
2.3.3 ESTABILIZAÇÃO COM MISTURA DE CAL E CINZAS VOLANTES (FLY ASH)	14
3.	referências	16
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INTRODUÇÃO e OBJETIVO	
Conceito: Procedimentos visando a melhoria e estabilidade de propriedades dos solos (resistência, deformabilidade, permeabilidade...)
Os solos são considerados pela engenharia como materiais de construção e de sustentação das obras. Em rodovias, estes compõem as camadas estruturais do pavimento (subleito, sub-base, base, capa asfáltica). Para tanto, devem apresentar certas propriedades, para que sejam capazes de conferir estabilidade e resistência mecânica aos esforços e cargas a que serão submetidos durante a vida útil da estrada. (AZEVEDO et al., 1998, p. 01 ).
Quando os materiais encontrados que podem ser usados nas camadas de um pavimento não apresentam as características geotécnicas exigidas, três opções devem ser avaliadas: 
( A substituição do solo existente por outro, cujo comportamento seja satisfatório;
( A estabilização química ou mecânica deste solo; 
( A modificação do dimensionamento do projeto.
A opção pela estabilização do solo, seja ela química ou mecânica, possibilita, em algumas situações, a utilização dos solos encontrados no local da obra, reduzindo custo e tempo de execução da obra, pois há uma redução global no momento de transporte da camada estabilizada.
Estabilização do solo
O solo natural é um material complexo e variável, porém devido à sua abundância e baixo custo oferece grandes oportunidades de emprego na engenharia. Entretanto, é comum que o solo de uma localidade não preencha parcial ou totalmente as exigências do engenheiro construtor. Assim, torna-se necessário escolher entre aceitar o material tal como ele é e desenvolver o projeto de forma a contemplar as limitações que o solo impõe; remover o material e substituí-lo por outro de melhor qualidade; ou alterar as propriedades do solo existente de modo a criar um novo material capaz de adequar-se de melhor forma as exigências do projeto (PINHEIRO). 
Segundo Pinto (2008), a estabilização do solo compreende todos os processos naturais e artificiais que objetivam melhorar características como resistência, durabilidade, e outras, bem como garantir a manutenção destas melhorias no tempo de vida útil das obras de engenharia.
A estabilização dos solos, por sua vez, pode ser obtida pelo uso de várias técnicas que podem ser reunidas em dois grupos: 
( Técnicas que empregam meios mecânicos, como a correção da granulometria e plasticidade, com adição e subtração de quantidades definidas de suas frações constituintes, até que se obtenham os parâmetros estabelecidos por norma (VARGAS, 1977). Para se atingir este fim, normalmente se usa proceder a adição de frações de areia e material britado;
 ( Técnicas que empregam meios químicos utilizando aditivos orgânicos ou inorgânicos como, por exemplo, materiais betuminosos e resinas, compostos de fósforo, silicatos de sódio, cal, cimento Portland e outros.
Figura 1.1- Tipos de estabilização
A opção por um ou outro tipo de estabilização é influenciada por uma série de fatores, entre os quais os custos totais da obra (custo de execução e manutenção), a própria finalidade da obra, e, em particular, as características dos materiais e as propriedades que devem ser corrigidas.
Em resumo, as finalidades da estabilização do solo são:
( Aumentar a resistência, inclusive à deformação, sob o efeito de carregamento contínuo ou repetido. 
( Reduzir a compressibilidade. 
( Reduzir a sensibilidade à ação de variações externas, principalmente a umidade. 
( Aumentar ou reduzir a permeabilidade. 
( Reduzir a sensibilidade à ação do congelamento. 
( Garantir a permanência dessas propriedades ao longo do tempo (durabilidade).
Estabilização Mecânica
Os métodos mecânicos são aqueles que não se adicionam nenhum material estranho ao solo. Aumentam a densidade do solo, melhorando sua resistência mecânica e durabilidade. Envolvem a redução de volume de vazios do solo através da energia imposta; preenchimento de vazios reduzindo os poros e inibindo a percolação da água e a erosão provocada por ela, aumentando a durabilidade; aumento da compacidade, tendo-se o acréscimo da resistência mecânica; drenagem e mantendo o conteúdo de água constante, a mistura de tipos de solos diferentes. São consideradas como operações mecânicas aquelas que apenas modificam o arranjo das partículas do solo, ou a sua granulometria, por meio da subtração ou adição de algumas fracções. Em geral estas técnicas são combinadas com a compactação.
2.1.1.2 Compactação
Designa-se por compactação de um solo, a ação mecânica susceptível de provocar nesse solo uma diminuição do seu índice de vazios, conseguida fundamentalmente à custa da redução do volume. Pode então deduzir-se que o teor em água do solo se mantém praticamente constante durante a compactação, o que constitui a principal diferença entre a compactação e a consolidação. Isto porque embora o principal objetivo da consolidação também seja a redução do volume de vazios, tal é conseguida através não só da redução do volume de ar, mas, sobretudo também através da redução do volume de água (Melo, 1985).
O comportamento de um solo está geralmente dependente do seu índice de vazios, nomeadamente no que diz respeito às características de resistência ao corte, deformabilidade e permeabilidade. Assim, quanto menor o índice de vazios, maior a resistência e menor a deformabilidade e permeabilidade. Mas existem outras razões para que se procure sempre atingir o menor índice de vazios possível:
A adição de água a solos granulares soltos pode levar a fenómenos de liquefação; 
Alguns solos, com uma estrutura tipo colmeia com um grande volume de vazios, apresentam comportamento colapsível. A introdução de água numa estrutura deste tipo diminui as forças entre partículas e funciona como um lubrificante que permite que estas partículas deslizem umas em relação às outras, ocupando os espaços antes vazios. Uma compactação adequada reduz o risco de colapso.
2.1.1.3 Estabilização Granulométrica
Foi já referido o fato de que o aumento da potência do equipamento de compactação, na tentativa de melhorar a compacidade de um solo, encontra um limite na sobrecompactação (solos finos) e no esmagamento das partículas (solos grosseiros). Além disso, a remoção do ar existente em solos mal graduados através da compactação é muito reduzida. Estas limitações podem ser ultrapassadas recorrendo à correção da granulometria do solo. Assim, a estabilidade de solos de baixa resistência pode ser melhorada através da adição de material granular, enquanto que solos arenosos, instáveis devido à falta de ligações entre as partículas, podem também ser melhorados recorrendo à mistura com finos.
Podemos dizer então que, a estabilizaçãogranulométrica é a mistura de dois ou mais solos visando obter um material com distribuição granulométrica desejada tal que se mantenha volumétricamente estável e que apresente ganho de resistência (Prof. Cézar Bastos).
Figura 2.1- Relação entre as frações granulométricas
Para se atender uma determinada granulometria, exigida por uma especificação qualquer, e dispondo-se de dois ou mais materiais, podemos construir um material ideal que seja uma mistura conveniente dos outros materiais. Para a perfeita execução desta mistura em causa, depõe-se de alguns processos de cálculo, quais sejam: 
- Método Analítico 
- Método das tentativas
- Métodos gráficos: 
- Método do triangulo equilátero
- Método de Ruthfuchs
- Método das composições sucessivas.
 
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2.2 Estabilização Fisico-Química (Aditivos)
Quando não é possível a dosagem de frações nas proporções requeridas pelas curvas de Talbot – pela falta, na região de um dos agregados – recorre-se para estabilizar os solos, à adição de um ingrediente estranho que lhe confira resistência permanente. Entre tais inferentes encontram-se: Asfaltos, betumes, o cimento Portland, a cal e uma série de produtos químicos e industrializados. Em geral eles podem conferir resistência ao solo, ou por meio de cimentação dos grãos entre si, ou por meio de aumento ou preservações das forças coloidais que unem os grãos.
Na estabilização química ocorrem reações químicas entre o aditivo e os minerais do solo (fração coloidal), e ou com a água presente nos poros da massa do produto. As reações solo-cimento são caracterizadas por um processo físico-químico o qual os cátions Ca2+ são liberados na hidratação do aglomerante reagindo com os argilominerais modificando o pH da solução eletrolítica. A cimentação que se forma posterior à reação dá-se o nome de reação pozolânica que acresce rigidez a mistura (Medina, 1987).
Em uma matriz descontínua o agente estabilizador não preenche totalmente os poros, podendo então ocorrer três modos de ações (Vizcarra, 2010):
Modificação das características das superfícies das partículas; 
Vedação inerte dos poros; 
Interconexão entre as partículas do solo (solda por pontos). 
A estabilização química mais utilizada é de solo-cimento, na qual o cimento propicia um ganho na resistência ao solo, fazendo uso das reações pozolânicas e sílica ativa presente no solo. Um dos motivos pela preferência por cimento à cal, é que a resistência é atingida em idades inferiores a cal; outro pode ser pelo cimento ter afinidade em estabilizar uma variedade de solos.
2.2.1 Solo – Cimento
A estabilização utilizando solo-cimento é uma mistura homogênea contendo solo, cimento e água em proporções pré-definidas que, após compactação, é colocada em cura, resultando em um produto com propriedades mínimas exigidas de resistência mecânica e durabilidade (ABCP, 1986).
Vários tipos de cimentos podem ser usados para estabilização de solos, no qual quase todos os tipos de solos podem ser estabilizados. Algumas dificuldades são apresentadas quando se trata de argilas muito plásticas e orgânicas, com um percentual maior que 2% de matéria orgânica, o qual exige uma quantidade maior de cimento para se conseguir uma mudança esperada nas propriedades mecânicas (Sandroni e Cosoli, 2010).
A ABNT define cimento Portland como aglomerante hidráulico obtido a partir da moagem do clínquer Portland, no qual durante a moagem, adiciona-se gesso (sulfato de cálcio) com a finalidade de regular o tempo de pega. Durante o procedimento de moagem podem ser adicionados também materiais pozolânicos (cinza de alto forno, materiais carbonáticos).
Medina (1987) separa a estabilização por cimento nas seguintes classes abaixo:
Solo-cimento: É a mistura íntima de solo-cimento ao qual é adicionado água em proporções pré-definidas por ensaio de compactação com a energia necessária para atingir um maior grau de compacidade e consequentemente as propriedades mecânicas desejadas. Este material passa por cura inicial cujo processo finaliza com o seu endurecimento. Mais tarde esse produto passa por ensaios de compressão simples para avaliar sua resistência e durabilidade, podendo ser usado em base ou sub-base; 
Solo modificado ou melhorado: É a mistura de solo-cimento e água com baixo teor de cimento, não devendo ultrapassar os 5% em relação à massa do solo, referenciado pela alteração nos índices físicos e/ou capacidade de suporte do solo. Podendo ser utilizado em base, sub-base ou subleito; 
Solo-cimento plástico: Usa uma maior quantidade de água durante a mistura que a do solo melhorado, devido ao seu uso necessitar de uma consistência de argamassa em vez de “farofa” que o caso anterior. Utilizado para revestir valas, canais e taludes. 
A adição de cimento ao solo é uma técnica bastante difundida e usada em obras de engenharia rodoviária. A estabilização em pavimentos ocorre nas camadas subjacente à camada de rolamento, base, sub-base e subleito.
2.2.2 Solo – Cal
Na estabilização de solos deve-se utilizar, preferencialmente, a cal cálcica com teor de Ca(OH)2 solúvel maior do que 65%, embora as especificações aceitem um teor mínimo de 50%. Desta forma, devem-se ensaiar as cales antes que cheguem à obra. Os ensaios devem ser realizados por um laboratorista químico experimentado, determinando o teor, em termos de Ca(OH)2 solúvel em sacarose (NBR 6473), o grau de carbonatação (efervescência com HCl) e resíduo insolúvel (ataque pelo HCl).
Tanto a cal virgem com a cal hidratada, podem ser utilizadas na estabilização de solos. Prefere-se a cal extinta por ser menos insalubre à saúde dos operários que a manuseiam.
Uma das maneiras de se avaliar se o solo se presta, ou não, à estabilização com cal, é através de ensaios rodoviários convencionais (principalmente ISC), os quais demonstrarão se há melhoria que justifique o emprego da cal.
Normalmente, os solos argilosos apresentam melhores resultados com a cal do que outros solos, embora os siltosos, alguns arenosos, argilo-arenosos ou pedregulhos-plásticos de saibreiras, tenham sua resistência razoavelmente aumentada com a adição de cal.
De outra forma, a utilização de pedregulhos ou cascalhos, contendo finos plásticos em quantidade adequada para reagir com a cal, em grande número de casos, apresenta resistência maior do que as misturas argila-cal.
Denomina-se Solo Melhorado com Cal, quando se busca somente melhorar algumas propriedades dos solos consideradas prejudiciais, que em se tratando de pavimentação, são a expansibilidade, umidade excessiva e plasticidade elevada. Quando a necessidade é basicamente estrutural, a exemplo do uso em bases de pavimento ou revestimento de taludes, denomina-se a mistura como Solo Estabilizado com Cal. Após a compactação e cura, a camada assim estabilizada suporta as cargas geradas pelo trânsito.
Diversos tipos de reações químicas surgem quando a cal é misturada com o solo úmido.
Adicionando-se cal a qualquer tipo de solo, desde que o mesmo contenha minerais argilosos em qualquer proporção, ocorrerão as seguintes reações em presença de um teor adequado de umidade: troca de íons e floculação, reação cimentante pozolânica e carbonatação.
 2.3 Estabilização de solo com outros aditivos 
Foram já experimentados vários produtos químicos na estabilização de solos. Nem sempre estes produtos foram utilizados com o objectivo de melhorar a resistência, mas também tendo em vista evitar a produção de pó, aumentar ou diminuir a permeabilidade, reduzir a susceptibilidade à água ou ao gelo, etc. Os aditivos mais utilizados na estabilização de solos normalmente referidos na bibliografia são, para além da cal, do cimento e do betume, os cloretos, as resinas e os impermeabilizantes.
2.3.1 Estabilização com Cloretos
Basicamente a sua função é a retenção de humidade, impedindo assim a formação de pó até ao seu arrastamento pela chuva, o que acontece por serem solúveis. Os cloretos mais usados em obras rodoviárias são o cloretode sódio (NaCl) e o cloreto de cálcio (CaCl2).
2.3.2 Estabilização com Impermeabilizantes
Os produtos utilizados neste tipo de estabilização destinam-se a minorar a ação prejudicial da água sobre os solos. 
Ou seja, consiste na mistura de solos pulverizados (argila, silte e areia) de jazidas próximas do local de trabalho, com água e com material betuminoso, com a finalidade de alterar ou melhorar as propriedades dos solos de modo que apresentem características para funcionarem com material estabilizado para base ou sub-base, impermeabilizando o solo e aumentando o seu valor de suporte.
Os produtos betuminosos mais usados são:
Emulsões asfálticas de ruptura lenta; 
Cut-Backs: cura rápida e média 
Asfalto Líquido
2.3.3 ESTABILIZAÇÃO COM MISTURA DE CAL E CINZAS VOLANTES (FLY ASH)
Consiste numa mistura íntima de solo, cal e cinzas volantes (fly ash) e água e pode ser utilizada para construção de camadas estabilizantes de reforço, sub-bases e base e melhoria dos subleitos. Os processos construtivos são os mesmos descritos para o caso do solo-cal, intervindo apenas um terceiro material, o fly ash. Aplica-se o fly ash quando o solo não tem a pozolana necessária para evitar as reações que se processam quando se mistura a cal a um solo.
referências
http://www.ufjf.br/pavimentacao/files/2012/03/Notas-de-Aula-Prof.-Geraldo.pdf
ftp://ftp.ifes.edu.br/cursos/Transportes/CelioDavilla/Solos/Literatura%20complementar/Apostila%20FURG%20Solos/09%20-%20ESTABILIZACAO.pdf
http://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/14841/1/KievLAP_DISSERT.pdf
http://www1.dnit.gov.br/normas/PAV%20Flexiveis%20-%20Base%20Estabilizada%20Granulometricamente.pdf
https://www.feb.unesp.br/Home/Departamentos343/EngenhariaCivil/gustavogarciamanzato/2015pavaula10_1.pdf
http://www.nugeo.ufop.br/uploads/nugeo_2014/teses/arquivos/andre-cairo.pdf
http://www.dtt.ufpr.br/Pavimentacao/Notas/Texto%20Complementar.pdf
http://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/150/16/cristelo%20tese%20cap2.pdf
http://repositorium.sdum.uminho.pt/bitstream/1822/150/16/cristelo%20tese%20cap2.pdf
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