siltosos quando melhorados com aditivos químicos e orgânicos

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1 COMPORTAMENTO DE SOLOS siltosos quando melhorados com aditivos químicos e orgânicos ALESSANDER C. MORALES KORMANN* BERNARDO P.J.C.N. PERNA** O presente trabalho traz um estudo do comportamento de um solo siltoso quando melhorado com nove tipos de aditivos químicos e orgânicos. Foram selecionados Terrazyme, EMC², Dynacal, Homy solo, DS-328, Ecolopavi, Lignosulfonato Vixil I, assim como a cal e o cimento. Trata-se da análise laboratorial dos resultados obtidos quando os mesmos são misturados ao CLÁUDIA CLAUMANN DA SILVA*** ROBERTA BOMFIM BOSZCZOWSKI**** solo selecionado, compactados em cavas previamente construídas no Sitio Experimental de Geotecnia da UFPR e deixados curando por trinta dias. Após esse período de cura foram retiradas amostras indeformadas a fim de realizar ensaios de granulometria, compressão simples e cisalhamento direto. O objetivo foi efetuar uma comparação dos resultados obtidos do solo aditivado com o solo puro após a realização dos ensaios

2 CONSTRUÇÃO CIVIL O s aditivos são substâncias que adicionadas ao solo possuem a finalidade de melhorar determinadas características, propiciando um aumento de compacidade, redução de higroscopicidade, aumento de durabilidade assim como acréscimo de resistência (TECPAR, 2006). A principal aplicação dos aditivos desde o início de seu emprego diz respeito à pavimentação, quando foram utilizados na construção de estradas vicinais, visando o aumento da resistência e a redução do desgaste e da formação de pó das camadas de subleito e revestimento primário (TRINDA- DE, 2005). Essa aplicação não é recente, sendo que muitos aditivos foram patenteados com tal finalidade. Hoje em dia sua aplicação também tem sido direcionada ao reforço de solos frágeis (BRAZETTI, 1998). A utilização com a finalidade de estabilização de solos de pavimentação, visando solucionar problemas de deslocamento em áreas intransitáveis, foi desenvolvida inicialmente pelos americanos, durante a Segunda Guerra Mundial (desembarque de material bélico, construção de aeroportos e desenvolvimento das cidades). A utilização do cimento e da cal foi descartada nessa época devido à necessidade de transporte a grandes distâncias, além do tempo de cura demasiado longo, o que inviabilizava o processo. Dessa forma, o uso de outros tipos de aditivos poderia trazer benefícios ainda maiores. Segundo BRAZETTI (1998), antigamente os aditivos tinham como desvantagens a dificuldade em se realizar a mistura com o compósito, a sensibilidade ao tipo de solo, além do alto custo. RAUCH et al (2003) citam que os aditivos na atualidade foram introduzidos no mercado por um número de empresas cujo objetivo central é a estabilização de solos da base e do subgrade do pavimento. Já no que diz respeito à utilização em solos que não oferecem capacidade de suporte suficiente para aplicações da engenharia, alguns ensaios podem ser realizados para a verificação da adequação ou não da utilização do produto. Cimento/ cal Orgânicos TRANSPORTE Tabela 1 - Relação de aditivos utilizados no estudo Grupo Aditivo Dosagem utilizada Químicos com reagentes Cal Cimento Portland EMC 2 Terrazyme DS-328 Dynacal Ecolopavi Homy Solo Moldenzol 43 Rheocem 30 2%, 4%, 2%, 4% 0,07%, 0,67%, 1,63% 0,05%, 0,07%, 1,16% 0,17% + 2% Cal 0,67% + 2% Cal, 0,17% + 2% Cal 0,33% + 2% Cal, 0,67% + 2% Cal, 1,52% + 2% Cal 0,67% + 2% Cal, 1,11% + 2% Cal 0,5% + 2% Cimento, 2% + 2% Cimento 0,17%, 0,67% Lignosulfonato Lignosofonato Vixil 2%, 4% Figura 1 - Ensaio de granulometria MATERIAIS E MÉTODOS UTILIZADOS NO ESTUDO 1) Solo empregado Para a realização da pesquisa elegeu-se utilizar um solo do tipo siltoso, adquirido de uma área de empréstimo da Região Metropolitana de Curitiba, o qual foi caracterizado geotecnicamente antes da aditivação de modo a comparar o efeito causado pelas adições com os resultados do solo no estado puro (SILVA, 2007). 2) Aditivos e dosagens Os aditivos utilizados no referido estudo estão relacionados na tabela 1. Deve-se notar que alguns deles requerem uma mistura conjugada com cal ou cimento. 3) Ensaios realizados Para a determinação dos parâmetros de resistência do solo puro e do solo aditivado foram realizados ensaios de compressão simples e cisalhamento direto. Para a avaliação das modificações nos agregados de solos foram realizados ensaios de granulometria com sedimentação apenas com água (sem defloculante). A quantidade de aditivo foi determinada em relação à massa de solo seco. Os componentes foram dispostos em um recipiente na seguinte seqüência: solo, aditivo misturado em água e, quando o produto necessitava, acrescentava-se um reagente. As amostras utilizadas nos ensaios de cisalhamento direto e compressão simples foram moldadas a partir de corpos-de-prova compactados nas condições ótimas determinadas para o solo sem adição. O procedimento de ensaio de compactação seguiu as recomendações da NBR-7182/86. Conforme análise granulométrica do solo puro (figura 1), o material apresenta 19% de argila, 43 % de silte e 36 % de areia, sendo com isso caracterizado como um silte areno-argiloso. No que diz respeito ao ensaio de compactação, os resultados (figura 2) mostram uma umidade ótima de 29% e massa específica seca máxima de 1,43 g/cm³. Para a caracterização de resistência do solo foram realizados os ensaios de cisalhamento direto e compressão simples. Os ensaios de cisalhamento direto foram realizados com as tensões norg s Figura 2 - Ensaio de compactação g s

3 Figura 3 - Gráfico tensão tangencial x deslocamento horizontal do Solo puro 4) Preparação das amostras Com o objetivo de proporcionar a cura do solo aditivado em características próximas às de campo, o solo foi compactado em cavas abertas no Sítio Experimental de Geotecnia da UFPR, próximo ao laboratório. O terreno natural consiste em uma argila bastante rija e impermeável, características que favorecem o isolamento do material estudado. Para não haver contaminação com o solo natural, uma pequena camada de brita zero foi colocada no fundo das cavas. Após a cura, de no mínimo 30 dias, o material era coletado em blocos e enviado ao laboratório para análise. As cavas para compactação tinham as dimensões: 1,0 x 0,50 x 0,30 m (figura 5) e foram abertas manualmente. Ao final do processo de escavação, cada cava foi medida para ter seu volume verificado (largura, comprimento e 3 medidas de profundidade). A quantidade de solo aditivado foi determinada em função do volume da cava e do peso específico seco determinado através do ensaio de compactação. Na figura 6 apresenta-se uma vista geral das cavas realizadas no Sítio Experimental da UFPR. Figura 4 - Envoltória de resistência ao cisalhamento do solo puro mais de 50, 100 e 200 kpa até um deslocamento de 12 mm. A velocidade de cisalhamento aplicada foi de 0,056 mm/min. Os corpos-de-prova foram moldados no teor de umidade ótima. Na figura 3 são apresentadas as curvas tensão-deformação e na figura 4 a envoltória de resistência para um deslocamento de 5 mm. Os parâmetros de resistência obtidos são 8,2 kpa de coesão e 28,1º de ângulo de atrito interno. O ensaio de compressão simples foi executado em amostras de diâmetro 5 cm e altura 10 cm. Foram rompidos 4 corpos de prova que apresentaram resistência média à compressão simples de 72 kpa. 5) Compactação dos solos aditivados e cura dos aditivos em campo Para a compactação das cavas, o solo foi peneirado para a retirada de pedregulhos em peneira de malha 25 mm (figura 7). Após a verificação da umidade de campo e correção da umidade ótima, o aditivo foi misturado ao solo, juntamente com cal ou cimento quando requerido (tabela 1). A mistura foi feita sobre uma lona plástica para que não ocorresse perda de material nem a mistura com outros. Após se conseguir uma boa homogeneidade, a mistura era colocada nas cavas em 3 camadas de mesma altura. A altura final de cada camada após a compactação foi de 10 cm. O processo foi realizado com produtos de características distintas, em diferentes dosagens para verificar sua eficiência no que diz respeito ao reforço. Após o período de cura em campo, as amostras do solo aditivado foram retiradas, protegidas com parafina e levadas ao laboratório para a realização dos ensaios, como mostra a figura 8. AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS a) Granulometria Na figura 9 são apresentadas as curvas granulométricas do solo puro e do mesmo solo com as adições estudadas neste trabalho. Observa-se que, de modo geral, os aditivos químicos levam a uma menor porcentagem de finos sendo identificadas nos ensaios. Esse fato provavelmente está associado a uma aglomeração de partículas. Figura 5 - Dimensões iniciais das cavas

4 CONSTRUÇÃO CIVIL TRANSPORTE Figura 6 - Visão geral das cavas Figura 8 - Amostra de solo retirada das cavas compactadas Figura 7 - Peneiramento e compactação do solo b) Resistência ao cisalhamento O ensaio de cisalhamento direto com o solo aditivado foi realizado utilizando-se tensões normais nominais iniciais de 50, 100 e 200 kpa. Os corpos-de-prova foram cuidadosamente moldados a partir de amostras indeformadas. Para isto foram utilizados anéis metálicos quadrados, que possuíam 100 mm de lado e 25,4 mm de altura. Uma vez moldados, os corpos-de-prova eram transferidos para a caixa de cisalhamento e inundados. A velocidade de cisalhamento aplicada foi de 0,056 mm/min. Na figura 10 os resultados dos ensaios estão representados como pontos em um diagrama tensão cisalhante máxima versus tensão normal. Para efeito de comparação, são apresentadas as retas (envoltórias assumindo como válido o critério de Mohr-Coulomb) que melhor se ajustam a cada conjunto de ensaios. Para a determinação das envoltórias de ruptura foram considerados deslocamentos de 5 mm para o solo puro e para as adições estudadas. De modo geral, as adições provocam no solo a aglomeração de partículas e o aumento do intercepto coesivo. As adições que não provocaram o aumento da coesão foram: cimento 2%, Ecolopavi 0,67%, EMC² 1,63%, Lignosofonato Vixil nas duas dosagens 2% e 4%, Moldezol 43 0,5% e Rheocem 30 0,67%. Da mesma maneira como as adições provocaram o aumento da coesão, praticamente todas diminuíram a resistência em relação ao ângulo de atrito. As exceções, que tiveram o valor do ângulo de atrito aumentado foram: EMC² 1,63% e Moldezol 43 0,5%. Avaliando o ganho de resistência geral, as adições que tiveram o melhor desempenho neste tipo de solo foram: cal 4%, DS-328 0,17% e Moldezol 43 0,5%. Informações mais detalhadas podem ser obtidas em LACTEC (2009) e SILVA (2007). c) Resistência à compressão simples Os ensaios de compressão simples seguiram as recomendações da Norma ASTM D 5102/96. Foram rompidos quatro corpos de prova de cada material para a obtenção da resistência média. Nos ensaios de resistência à compressão simples, observa-se que os melhores desempenhos foram obtidos com os aditivos Homy Solo 0,67%, Ecolopavi 1,52%, DS-328 0,17%. Ainda as adições de Terrazyme 1,16%, Cimento 4%, EMC² 1,63%, Dynacal 0,67%, Terrazyme 0,55% e Lignosulfato VIXIL 2 e 4% apresentaram resistência superior à resistência do solo puro. As adições realizadas com a cal 2 e 4%, cimento 2%, EMC² 0,67%, Ecolopavi e Dynacal 0,17% não mostraram melhorias de resistência das características apresentadas pelo solo sem adição (figura 11). CONCLUSÕES Neste estudo, em linhas gerais tem-se um efeito de aumento da resistência ao cisalhamento para os níveis mais baixos de tensão, e de redução da resistência para tensões elevadas. Esse efeito se traduz no aumento da coesão e redução do ângulo de atrito dos solos tratados. O aumento da coesão mostrou-se consistente com os resultados de análises granulométricas realizadas com o solo puro e aditivado, as quais indicaram uma tendência dos agentes químicos provocarem a aglomeração de partículas. É possível que a queda de resistência para níveis mais al-

5 Figura 9 - Curvas granulométricas do solo sem adição e com adição tos de tensão efetiva esteja associada a uma destruição das ligações entre partículas, devido à compressão do material. Nas análises granulométricas realizadas percebeu-se que, de um modo geral os aditivos tiveram um comportamento semelhante entre si. Com relação à resistência no ensaio de cisalhamento direto, pode-se concluir que os aditivos Cal (4%) e DS-328 (0,17%) foram os que apresentaram os melhores resultados mediante comparação com o solo puro. No ensaio de resistência à compressão simples, pode-se concluir que as adições com 0,67 % de Homy solo, 1,52% de Ecolopavi, 0,17% de DS- 328, 4% de Cimento, 1,16% de Terrazyme e 1,63% de EMC² apresentaram os melhores desempenhos em relação ao solo puro. Dentre as adições estudadas em laboratório durante o período da pesquisa aqui descrita, de um modo geral, deve-se notar que aquelas que mostraram potencial de melhorar as características do solo siltoso em questão, envolveram o uso de cal. Em particular, o aditivo DS-328 (com 2% de cal) mostrou bons resultados tanto nos ensaios de cisalhamento direto como nos de compressão simples. Finalmente, não se pode descartar qualquer um dos aditivos que não apresentaram bons desempenhos, pois muitos fatores devem ser levados em conta. A dosagem utilizada é um bom exemplo, pois uma vez que cada fabricante sugere formas de utilização diferentes, torna-se difícil conceber uma parametrização que permita a comparação entre o desempenho das diversas misturas. Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer ao Laboratório de Solos do LAME / LACTEC, aos fornecedores de aditivos e à COPEL pelo fornecimento de recursos necessários à execução da pesquisa. Figura 10- Envoltórias de ruptura para deslocamento de 5 mm [1] BRAZETTI, R. Considerações sobre a influência de distintos aditivos orgânicos nas características micromorfológicas, mineralógicas, físicas, mecânicas e hidráulicas de um solo laterítico. Tese (doutorado em Engenharia). USP, 275 p, [2] LACTEC Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento. Melhoria e tratamento de solos: Aplicações em fundações de torres de transmissão. Relatório Técnico. LACTEC, 185 p, [3] RAUCH, A. F.; KATZ, L. E.; LIL- JESTRAND, H. M. An analysis of the mechanisms and efficacy of three liquid chemical soil stabilizers. Research REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Report. Universidade do Texas, [4] SILVA, C.C. Comportamento de solos siltosos quando reforçados com fibras e melhorados com aditivos químicos e orgânicos. Dissertação de Mestrado, Curso de Pós-Graduação em Construção Civil, Universidade Federal do Paraná, [5] TECPAR. Disponível em < > Acesso em 17/10/2006. [6] TRINDADE, T. P.; LIMA, D.C.; MACHADO, C. C.; CARVALHO, A. B.; SCHAEFER, C. E. G. R. ; FONTES, M. P. F.; CANESCHI, F.P. Compactação na resistência mecânica de misturas solo - RBI Grade 81. Revista Árvore, Viçosa, v. 29, nº. 4 Minas Gerais, Figura 11 - Comparação entre os aditivos resistência à compressão * Alessander C. Morales Kormann é engenheiro civil e professor adjunto da Universidade Federal do Paraná. alessander@ufpr.br **Bernardo J. P. C. N. Perna é engenheiro civil da COPEL, Curitiba, Brasil. bernardo.perna@copel.com *** Cláudia Claumann da Silva é engenheira Civil, professora da Pontifícia Universidade Católica do Paraná. claudia.silva@pucpr.br **** Roberta Bomfim Boszczowski é engenheira civil da Fugro In Situ Geotecnia. roberta.bomfim@insitu.com.br