ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM UTILIZAÇÃO DE AGREGADOS DE ROCHAS CALCÁRIAS PARA USO EM CAMADAS DE PAVIMENTOS

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1 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM UTILIZAÇÃO DE AGREGADOS DE ROCHAS CALCÁRIAS PARA USO EM CAMADAS DE PAVIMENTOS Felipe Cordeiro de Lima Ricardo Almeida de Melo

2 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM UTILIZAÇÃO DE AGREGADOS DE ROCHAS CALCÁRIAS PARA USO EM CAMADAS DE PAVIMENTOS Felipe Cordeiro de Lima Ricardo Almeida de Melo Universidade Federal da Paraíba Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil e Ambiental RESUMO Na região da grande João Pessoa, no estado da Paraíba, tem-se comprovado a necessidade de novos materiais que possam ser empregados em camadas granulares de pavimentos. Nesse sentido, esta pesquisa tem por objetivo estudar a estabilização de um solo natural da região, a partir da adição de agregados finos de rochas calcárias, nas proporções de 10%, 20% e 30% para emprego em camadas granulares de pavimentos. Essas misturas serão submetidas aos ensaios de caracterização física, ensaios de compactação, de Índice de Suporte Califórnia (ISC), módulo de resiliência na energia modificada e resistência à compressão. Com os resultados esperam-se melhoras nas propriedades do solo, possibilitando seu uso em camadas granulares de pavimentos. 1. INTRODUÇÃO Para a construção de pavimento, inicialmente deve-se fazer a escolha dos materiais com base em suas características mecânicas, físicas e econômicas, como a obtenção do material e custos com transportes. No cenário atual, os materiais granulares usualmente empregados na região da grande João Pessoa, na Paraíba, com características adequadas para serem empregadas em base e sub-base de pavimentos estão cada vez mais escassos. Diante dessa realidade, torna-se necessário a procura de novas alternativas, tais como a estabilização dos solos ou importação de materiais de outras localidades, aumentando os custos com transportes e materiais. Em João Pessoa existem grandes jazidas de calcário, em que, apesar de estarem disponíveis, esses materiais não são usados na pavimentação. Atualmente o uso desses materiais é feito predominantemente por indústrias de cimento Portland. Dessa forma, a pesquisa pretende investigar o emprego de calcário em base e sub-base de pavimentos na região da grande João Pessoa, substituindo materiais convencionais utilizados tradicionalmente na região, principalmente os materiais naturais, como cascalho, areia natural e solo. Nesse contexto, o objetivo desta pesquisa é a utilização de calcário na fração de agregado miúdo na estabilização de um solo com a finalidade de verificar sua viabilidade de uso em misturas de solo e calcário de camadas granulares de pavimentos. As características dos materiais empregados nas misturas são analisadas por ensaios laboratoriais, de modo a acrescentar conhecimento, estabelecer conclusões e sugestões sobre aplicações dos materiais pesquisados. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA A estabilização de um solo é realizada para melhorar as características do material que não atendem as especificações técnicas, adequando-os para serem empregados em obras de engenharia. Usualmente as técnicas de estabilização de solos empregadas na pavimentação são química, mecânica e granulométrica (Mélo, 2011; Cavalcante e Barroso, 2009; Joel e Agbede, 2011). Nesta pesquisa será abordada a estabilização granulométrica. Na estabilização granulométrica usualmente adiciona-se materiais granulares para estabilizar solos que não atendem aos parâmetros geotécnicos. Como foi realizado por Saltan e Findik 1

3 (2008) ao analisarem a adição de pedra-pomes a um material granular que apresentava elevados índices de plasticidade, o que não permite o uso desse material diretamente em camadas de sub-base. No final dos testes, os autores verificaram que os limites de consistência diminuíram à medida que aumentou as porcentagens de pedra-pome na mistura, atingindo condições adequadas para serem empregadas em camadas de sub-base de pavimento flexível. A redução do índice de plasticidade também foi observada por Batalione (2007) ao utilizar rejeitos finos de uma pedreira de granito na estabilização de quatro solos tropicais da região do noroeste do estado de Góias. Para o autor, este comportamento condiz com a mudança da granulometria do solo natural provocada pela adição do rejeito, composto de areia e silte, e consequentemente redução do teor de argila. Brooks et. al. (2011) observaram um aumento da plasticidade ao utilizarem pó calcário para estabilizar dois tipos de solos com propriedades geotécnicas inadequadas para o uso em pavimentação. Os resultados mostraram que as propriedades mecânicas foram melhoradas significativamente à medida que houve o aumento do teor de estabilizante. Verificaram o aumento do índice de suporte Califórnia (ISC), e quanto às características de compactação os resultados mostram uma redução no peso especifico aparente seco máximo e aumento do teor de umidade ótima. Estes estudos comprovam que a estabilização granulométrica consiste em uma eficiente alternativa de tratamento para o uso de materiais granulares, até então inadequados para serem empregados em camadas de base e sub-base de pavimentos. Nota-se também a importância de realizar ensaios em laboratório antes da aplicação de qualquer material, para verificar se os mesmos estão de acordo com as especificações. 3. MATERIAIS E MÉTODOS O procedimento escolhido para realização da fase inicial da pesquisa foi à adoção de um suporte teórico, baseado na revisão da literatura e na escolha dos métodos de ensaios que serão posteriormente utilizados para alcançar os resultados apresentados nos objetivos do trabalho. As etapas experimentais estão descritas nos parágrafos seguintes. A coleta do solo e do calcário foi realizada em jazidas próximas à cidade de João Pessoa. O solo, denominado de cascalho, é visivelmente caracterizado pela presença de seixo rolado e materiais finos. Devido a essas características determinou-se o uso do agregado miúdo de calcário como estabilizante. As propriedades do solo natural serão determinadas através dos ensaios de granulometria, densidade real e aparente, limites de consistência, compactação na energia modificada, Índice de Suporte Califórnia (ISC), módulo de resiliência e resistência à compressão. Essas mesmas propriedades serão investigadas para as composições das misturas solo-calcário. As proporções de solo e agregado calcário na fração miúda foram determinadas com base na revisão bibliográfica. Nesse sentido, definiu-se pelas proporções de agregado calcário na fração miúda 10, 20 e 30% em relação à massa do solo. 4. RESULTADOS PARCIAIS Os resultados de caracterização física do calcário estão na Tabela 1. 2

4 Tabela 1: Propriedades físicas do calcário. Ensaios de Caracterização Limite de Liquidez LL (%) Limite de Plasticidade - LP (%) Índice de Plasticidade IP (%) Resultados Massa especifica (g/cm³) 2,68 Granulometria (% em peso que passa) Areia grossa Areia fina De acordo com a Tabela 1, observa-se que o agregado calcário apresenta características de granulometria arenosa. A amostra apresentou 57,55% de fração areia grossa, material retido na peneira 0,42mm, e 32,14% de areia fina retida na peneira 0,074mm. A massa especifica dos sólidos encontrada foi de 2,68g/cm³, e o material não apresentou características de plasticidade, sendo classificado como não plástico. Os resultados das propriedades físicas e mecânicas do solo estão apresentados na Tabela 2. Para os ensaios de compactação e ISC, foi usada a energia de compactação Proctor modificada. 57,55 32,15 Tabela 2: Propriedades físicas e classificação do solo. Ensaios de Caracterização Física Ensaios de Caracterização Mecânica Limite de Liquidez LL (%) 27 Massa específica aparente seca máxima (g/cm³) Limite de Plasticidade - LP (%) 18 Umidade ótima (%) 8,9 Índice de Plasticidade IP (%) 9 Índice de Suporte Califórnia (%) 41 Massa específica (g/cm³) 2,59 Expansão (%) 0,1 2,33 Granulometria Pedregulho (% em peso que passa) Areia Silte Argila Classificação TRB 24,05 57,88 14,94 3,13 A-2-4 Ao analisar os resultados da Tabela 2, o solo não apresenta características adequadas para serem utilizados em camadas granulares de pavimentos, pois possuem limite de liquidez e índice de plasticidade, valores superiores aos limites máximos estabelecidos pelo DNIT, respectivamente, 25% e 6%. Observa-se também que o valor do ISC de 41% encontra-se adequado para ser usado em camada de sub-base, ou seja, atende as exigências do DNIT (2006) de ISC maior ou igual a 20%. Além disso, a expansão apresentou-se muito baixa, próxima à zero, condição desejada para ser usada em camada de pavimentos. Dessa forma, visando melhorar as propriedades do solo, com este solo será feita estabilização granulométrica do solo com agregado calcário nas proporções de 10%, 20% e 30%. Após, o 3

5 desempenho de cada mistura será determinado através dos ensaios de analise granulométrica, densidade real e aparente, limites de consistência, compactação na energia modificada, Índice de Suporte Califórnia (ISC), resistência à compressão e módulo de resiliência. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir deste estudo, espera-se avaliar a viabilidade de utilizar o calcário como agregado em misturas granulométricas para uso em camadas de base e sub-base de pavimentos rodoviários. Para isso, é necessário que as amostras de solo e agregado ensaiadas apresentem resultados que se enquadrem nas especificações determinadas pelo DNIT. Os resultados poderão viabilizar uma nova alternativa econômica de materiais a serem empregados em pavimentos da região, evitando a busca de materiais em outros locais e com isso reduzindo custos de pavimentação. Agradecimentos À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa concedida ao primeiro autor, bem como ao Laboratório de Geotécnia e Pavimentação (LAPAV) pelo apoio nesta pesquisa. E a Petrobrás, pelo auxilio financeiro. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Brooks, R., Udoeyo, F., Takkalapelli, K.. Geotechnical Properties of Problem Soils Stabilized with Fly Ash and Limestone Dust in Philadelphia. J. Mater. Civ. Eng., 2011, 23(5), Disponível em < >. Acesso em 22 de maio de 2014, 23:30h. Batalione, G. Estabilização de solos tropicais com utilização de rejeitos finos de pedreira de uma rocha granítica. 2007, 172f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade de Brasilia, Brasília, Distrito Federal, Disponível em < > Acesso em: 02 de Dez. de 2013, 15:33h. Cavalcante, F. C. I. T. ; Barroso, S. H. A.. Influência da Energia de Compactação e do Teor de Areia na Estabilização Granulométrica de Bases e Sub-Bases de Pavimentos. In: XXIII AET - Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes, 2009, Vitória. Anais do XXIII AET, v. 1. p DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DNIT. Manual de pavimentação. Rio de Janeiro: Ministério de Transportes, p. Joel, M. and Agbede, I. Mechanical-Cement Stabilization of Laterite for Use as Flexible Pavement Material. J. Mater. Civ. Eng., 2011, 23(2), Disponível em < >. Acesso em 12 de abril de 2014, 22:10h. Mélo, V. S. Classificação e Estabilização de Solos Lateríticos do Estado da Paraíba e do Rio Grande do Norte. 2011, 109f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil e Ambiental) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental, Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, Paraíba, Disponível em < >. Acesso em: 30 de Nov. de 2013, 02:48h. Saltan, M; Findik, F. S. Stabilization of subbase layer materials with waste pumice in flexible pavement. Building and Environment, v. 43, 2008, pp Disponível em < >. Acesso em 17 de set. de 2013, 00:24h. ENDEREÇO DOS AUTORES Felipe Cordeiro de Lima (cordeiro.flp@gmail.com), Aluno de mestrado Ricardo Almeida de Melo (ricardo@ct.ufpb.br), Professor orientador Universidade Federal da Paraíba, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil e Ambiental. Campus I, Cidade Universitária, João Pessoa, PB, Brasil 4