Tratamento de Solos Margosos com Cal (Solo-cal),

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1 Tratamento de Solos Margosos com Cal (Solo-cal), na Execução dos Aterros e Leito do Pavimento, António Aparício 1 Formações geológicas atravessadas ao longo do traçado e materiais disponibilizados pelas Escavações. DC Camada superficial de Depósitos de Cobertura (0,1 «e «3,5 metros). - Materiais de natureza silto-arenososa/argilosa. J3c Formação da Abadia - Camada superior constituída por Margas amareladas muito alteradas, à superfície (2,00 «e «9,00 metros).; - Camada Inferior constituída por Margas acinzentadas compactas, pouco alteradas e rijas, com intercalações frequentes de níveis areníticos. Materiais com forte componente evolutiva, de fracas características mecânicas e pouco habilitados à execução dos aterros requerem a utilização de metodologias de aplicação específicas 2

2 3 Balanço das Terraplenagens: Volume total de Escavação: Volume total de Aterros: Volume de Solos sobrantes: m m m3 Volume de Solo-cal: m3 4

3 Aplicações de Solo-cal: Em Espaldares, nos Aterros Especiais At1, At2 e At3 No Coroamento dos Aterros Em Cunhas de Aterro adjacentes aos encontros de obras de arte (Viadutos e Passagens Inferiores) No Sub-Leito do Pavimento 5 Aterros Especiais (At1, At2 e At3) Execução de espaldas em Solo-cal, com função de confinamento e impermeabilização do núcleo do aterro em margas. Processo construtivo Sobre-escavação da camada superficial de depósitos de vertente Drenagem da fundação (trincheiras drenantes/colchão drenante) Maciço de enrocamento no pé do talude Aterro do núcleo em margas Aterro das espaldas em solo cal, na largura de 5 metros, a partir da fundação Acabamento, pela execução de Coroamento/Sub-leito em Solo-cal (e=0,40ml), e Leito do Pavimento em Solo-cal+cimento, (e=0,40ml). 6

4 7 Estudo de Formulação da Mistura de Solo-cal Materiais utilizados: Solos: margas amareladas superficiais, muito alteradas. O elevado grau de fragmentação natural deste material, e consequente melhor trabalhabilidade visando a homogeneidade e mais fácil compactação da mistura do solo com a cal, determinou a sua adopção para a execução do solo-cal, em detrimento das margas cinzentas duras. Características tipo do Solo Natural (amostra 1, PK 3.875) Designação Classificação Rodoviária Granulometr. % passada peneiro 200 Limite Liquidez LL (%) Limite Plasticidade LP (%) Índice Plasticidade IP (%) Eq. Areia EA (%) Baridade Máx. Seca (g/cm3) Teor Humid. Óptimo W (%) CBR imed (%) CBR 7 dias, c/ embebição (%) Argila magra c/ areia A , , Cal: cal viva POUZZOCAL S2, fornecida pela Lusical A opção pela Cal viva em detrimento da Cal apagada, deve-se à i)- maior eficácia no tratamento do solo (maior percentagem de CaO), comprovada experimentalmente, ii)- maior absorção da àgua do solo e mais fácil controlo do teor de humidade do mesmo; iii)- maior densidade e maior economia nos custos de transporte e de stickagem. Especificações da Cal em aplicações rodoviárias, definidas em (1) recomendações da SETRA-LCPC-1972 e (2) recomendações do comité Técnico nº 12 da PIARC

5 Estudo de Formulação da Mistura de Solo-cal Foram ensaiados provetes com percentagens de cal de 2, 2.5, 3, 3.5 e 4%. Designação Classificação Rodoviária Granulometr. % passada peneiro 200 Limite Liquidez LL (%) Limite Plasticidade LP (%) Índice Plasticidade IP (%) Eq. Areia EA (%) Baridade Máx. Seca (g/cm3) Teor Humid. Óptimo W (%) CBR imed (w+2%) (%) CBR 7 dias, c/ embebição (w+2) (%) Argila magra c/ areia (Solo Natural) A-7-6 (13) 85, , Solo-cal 2,5% A-4 (8) 97, ,71 16, Solo-cal 3,0% A-5 (8) 77, ,83 17, Solo-cal 3,5% A-4 (4) 53, ,85 14, A opção de utilização recaiu na percentagem de cal de 3%, por imposição mínima do PE. 9 Características mínimas do solo tratado Solo-Cal, em aterros, coroamentos e sub-leitos do pavimento: Espessura da camada em aterro 0,25ml Percentagem mínima de cal 3% IP máximo 15% Eq. Areia mínimo 20% CBR imediato, a 95% comp. relat. e Wopt. mín. 18% Expansibilidade relativa máx. - 2,0% CBR aos 7 dias c/ embebição, a 95% comp. Relat. Wopt.+1% mín. 15% Grau de compactação mínima 97% Módulo de deformabilidade EV2 (coroamentos e sub-leitos do Pav.) à superfície da camada (e=0,40ml) - 40MPa 10

6 Características mínimas do solo tratado Solo-Cal+cimento, no leito do pavimento: Grau de compactação 95% Percentagem mínima de cimento 3% IP máximo 10% Eq. Areia mínimo 20% Expansibilidade relativa máx. - 1,5% CBR aos 7 dias c/ embebição, a 95% comp. Relat. Wopt.+1% mín. 40% Grau de compactação mínima 97% Módulo deformabilidade EV2 (coroamentos e sub-leitos do Pav.) à superfície da camada (e=0,40ml) - 120MPa Resistência à compressão simples aos 7 dias 2,0 MPa Resistência à compressão diametral aos 28 dias 0,25 MPa 11 Execução e Controle Trechos Experimentais: Foram realizados trechos experimentais para as misturas de Solo-cal e de Solo-cal+cimento, tendo em vista determinar as condições de execução das misturas em conformidade com os respectivos estudos de formulação. Realização dos trabalhos: Preparação do solo em camada: Espalhamento em camada com espessura constante (e=0.25ml, após compactação), na largura projectada de 5ml mais sobre-largura de construção, e prévia escarificação em toda a altura da camada, com remoção de detritos e fragmentos de rocha» 70mm; Aferição, na hora (método speedy), do teor de humidade do solo, com o objectivo de determinar a eventual necessidade da sua correcção (2% acima do teor óptimo de compactação), pela introdução de água durante o processo de mistura. 12

7 Execução e Controle Realização dos trabalhos: Espalhamento da Cal (cal viva pulverizada): Espalhamento uniforme com equipamentos mecânicos (espalhadora do tipo PANIEN, com capacidade para 12 tn de cal); A quantidade de cal aplicada é controlada pela recolha de amostras durante o espalhamento, por intermédio de caixas de recolha c/ área de 1,0m2, e determinação da % de cal aplicada; A existência de vento forte no momento do espalhamento da cal poderá implicar a suspensão dos trabalhos; Mistura: Mistura por intermédio de misturadora mecânica tipo HAMM RACO, com duas passagens do equipamento; A fresagem deverá abranger a espessura total da camada em execução e penetrar ligeiramente na camada inferior para garantir uma boa ligação entre ambas e garantir que todo o material da camada foi processado; Eventual introdução de água pela própria misturadora, para rectificação do teor de humidade da mistura; O equipamento de mistura não promove a fragmentação do solo da camada, pelo que este parâmetro tem de ser assegurado na fase anterior. 13 Execução e Controle Realização dos trabalhos: Regularização e Compactação: Regularização da camada c/ moto niveladora; Compactação, pela passagem de cilindros vibradores de rasto liso na fase inicial, e finalização com cilindros de pneus, nas condições determinadas no aterro experimental (6 a 8 passagens); Cura: O normal desenvolvimento das reacções pozolânicas do solo com a cal, que integra o processo de cura, deverá decorrer a temperaturas ambientes superiores a 4º, e por um período de 3 a 7 dias; A cura da camada estabilizada deve ser asssegurada pela aplicação de uma camada de impermeabilização que normalmente consiste numa rega betuminosa (betume fluidificado ou emulsão aniónica); Na obra, este procedimento foi implementado durante a realização das camadas de coroamento e do subleito e leito do pavimento. Na execução dos aterros, essa prática foi dispensada, desde que a camada acabada fosse de imediato coberta com os solos destinados à execução da camada seguinte. 14

8 Execução e Controle Realização dos trabalhos: Segurança: A manipulação da cal, e em particular, da cal viva, exige cuidados especiais de protecção, que envolvem o recurso a vestuário e calçado de protecção integral, óculos com protecção lateral, máscara filtrante ligeira, e o revestimento das partes expostas da pele com creme protector; Os equipamentos em operação, deverão estar equipados com cabinas fechadas. 15 Execução e Controle Controle da execução: Medição da humidade natural do solo, antes da aplicação da cal - speedy ; ; Homogeneidade da mistura - ; Dosagem da cal; Caracterização da cal (granulometria, teor em CaO); Espessura da camada estabilizada; Compactação - Garrafa de areia, Gamadensímetro ; Resistência CBR e Resistência à compressão simples e à compressão diametral (ASTM D ), em provetes cilíndricos realizados nos moldes de compactação leve, moldados em laboratório a partir de amostras recolhidas in-situ; Deformabilidade (coroamantos, sub-leito e leito do pavimento) Ensaio de Deflexão (ensaio de carga com placa) ; 16

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23 Leito do Pavimento em Solo-Cal+Cimento O trecho experimental para a realização desta camada, foi efectuado na plataforma da auto-estrada, ao nível da 2ª camada do sub-leito. A transposição para o terreno da formula de trabalho obtida no respectivo estudo laboratorial (3% de cal + 3% de cimento), foi mal sucedida, porquanto ocorreram as seguintes situações: - Má trabalhabilidade do material após a mistura do cimento, que se reflectiram na dificuldade em proceder à regularização e desempeno da superfície final, e na obtenção de valores de compactação inferiores ao mínimo fixado de 97%, na parte inferior da camada; -- Fendilhação extensa e profunda, de expressão inusitada, contrariando o conceito de estanqueidade e protecção contra águas eventualmente provenientes da parte superior da plataforma; -- Dificuldade na obtenção da resistência à compressão simples definida em projecto (2 MPa aos 7 dias). A a eventual permuta na formula de trabalho do cimento tipo II por tipo I, agravaria os fenómenos de fendilhação; Pouca adequação das margas ao tratamento com cimento, heterogeneidade destes materiais, condicionamentos de natureza climatérica relacionados com as altas temperaturas do periódo estival, onerosidade, complexidade e elevado potencial de insucesso, foram outras razões que prevaleceram no sentido de se considerar uma solução de trabalho alternativa. 45 Leito do Pavimento em Solo-Cal+Cimento Solução alternativa Com base na constatação de que a camada de Solo-cal apresentava valores do Módulo de Deformabilidade EV(2) c/ variação entre 90 e 160 MPa, e médias entre 100 e 135 MPa à superfície do Sub-leito, (correspondentes, na prática, aos valores de resistência definidos para o Leito do Pavimento, Ev(2) min.- 120MPa), foi apresentada pelo Empreiteiro e aceite, uma proposta de alteração que preconizava o seguinte: - Substituição da camada inferior do Leito (e=0,20ml), por camada na mesma espessura em Solo-cal, com as mesmas características das anteriores; - Execução da camada superior do Leito do Pavimento (e=0,20ml) por uma camada na mesma espessura em Agregado Britado de Granulometria Extensa. A verificação da capacidade de carga da plataforma do Sub-leito foi verificada por intermédio de ensaios de carga com placa e com o medidor de capacidade de carga em contínuo (Portancemétre). 46

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28 Entidades em Obra: Dono de Obra BAE, Brisa Auto-Estradas Fiscalização BAE, Brisa Engenharia e Gestão Projectista Cenorplan Empreiteiro Consórcio C Tâmega/Zagope 55 FIM 56