Influência do Procedimento de Mistura da Cal Hidratada ao Solo no Comportamento do Solo Estabilizado para Fins de Pavimentação Rodoviária

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1 II Simpósio Sobre Solos Tropicais e Processos Erosivos no Centro-Oeste UFG-2005 Influência do Procedimento de Mistura da Cal Hidratada ao Solo no Comportamento do Solo Estabilizado para Fins de Pavimentação Rodoviária Renato Resende Angelim Engº. Civil, M.Sc., Professor do Curso de Engenharia Civil UEG renatoangelim@ig.com.br RESUMO O presente trabalho resume resultados parciais de um projeto de pesquisa institucional da Universidade Estadual de Goiás, realizado com o apoio de FURNAS Centrais Elétricas S/A e trata-se de uma pesquisa eminentemente experimental que visa no seu objetivo mais amplo entender melhor o comportamento dos solos estabilizados com cal hidratada e os fatores intervenientes no processo de estabilização. O estudo utiliza amostras de solo natural e estabilizado com teores de 3% e 6% de cal. Foram testados dois procedimentos para mistura da cal ao solo, um adicionando-se a cal em pó (método convencional) e outro adicionando-se a cal diluída na água de compactação (método proposto). Para tanto, foi utilizada uma amostra de solo fino laterítico, retirada da área da Centrais de Abastecimento de Goiás S/A CEASA, em Goiânia, e realizados ensaios como caracterização granulométrica, limites de consistência, compactação, expansão, CBR e classificação MCT. A partir dos resultados, constatou-se que a mistura da cal ao solo diluída na água de compactação foi muito mais satisfatória que a forma convencional de mistura. 1. INTRODUÇÃO 2. OBJETIVOS Os solos granulares são os mais utilizados na construção de bases e sub-bases de pavimentos. A escassez desses materiais ou a grande distância de transporte muitas vezes acabam tornando inviável a sua utilização. Desta forma, para viabilizar a execução de obras de pavimentação, surge como alternativa o uso de solos finos locais, cujo uso ainda é restrito. Segundo Rezende et al. (2003), inicialmente os solos finos não são aceitos pelas especificações tradicionais baseadas em normas de países de clima temperado, mas na prática tem-se observado o bom comportamento de trechos de pavimentos executados com estes materiais. A utilização dos solos finos se dá com a utilização de técnicas estabilização que conferem ao solo características de resistência mecânica necessárias ao projeto de pavimentação. 195 O objetivo geral da pesquisa é entender o comportamento dos solos estabilizados com cal hidratada e os fatores intervenientes no processo de estabilização. São ainda objetivos específicos do presente trabalho: Avaliar a influência do procedimento de mistura da cal hidratada ao solo no comportamento do solo estabilizado; Analisar alguns procedimentos do ensaio de compactação de solos, utilizados também na compactação de solos com de cal, que podem intervir no processo de estabilização, criando situação diferente da de campo. 3. MATERIAIS E MÉTODOS A amostra de solo fino vermelho utilizada na pesquisa foi retirada a uma profundidade de

2 0,5 m a 2,5 m, aproveitando-se o corte de um talude existente na área interna da CEASA, situada à margem da rodovia BR-153, saída para Anápolis, no município de Goiânia. Este mesmo solo é atualmente objeto de estudos e pesquisas tecnológicas para fins de pavimentação rodoviária por pesquisadores da UEG, UFG, CEFET-GO e FURNAS Centrais Elétricas S/A. A cal hidratada utilizada foi a do tipo CH-I (marca Itaú), que, segundo exigências da NBR 7175, é mais fina, incorpora maior teor de areia, possui maior retenção de água e menor teor de óxidos de cálcio e magnésio não hidratados do que as cales CH-II e CH-III disponíveis no mercado. Foram moldados corpos-de-prova com solo natural compactado e também com misturas de solo e cal hidratada, a 3% e 6%. Estes teores foram escolhidos com base na revisão bibliográfica de outros trabalhos experimentais envolvendo estabilização de solos finos para pavimentação. Cabe salientar que ambos os teores de misturas com cal foram repetidos, diluindo a cal hidratada na água de compactação antes de adicioná-la ao solo para posterior mistura do material, ao contrário do método convencional, onde a cal é adicionada em pó ao solo e posteriormente é acrescentada a água de compactação para nova mistura. Desta forma, foram definidas as seguintes amostras: Solo Natural; Solo-cal 3% em pó; Solo-cal 6% em pó; Solo-cal 3% diluída; Solo-cal 6% diluída. Os ensaios de compactação foram realizados tanto para energia normal como para energia intermediária. Com as amostras selecionadas foram realizados os seguintes ensaios de laboratório: Análise granulométrica (NBR 7181); Massa específica (NBR 6508); Limites de liquidez (NBR 6459); Limites de plasticidade (NBR 7180); Compactação (NBR 7182); Expansão (NBR 9895); CBR - California Bearing Ratio (NBR 9895); Classificação MCT. 4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS A classificação do solo utilizado na pesquisa, segundo a metodologia MCT, é apresentada na Tabela 1. Tabela 1 Classificação MCT Índices de Classificação Solo natural c 1,80 d 74,40 e 0,80 Pi (%) 44,40 Grupo MCT LG (solo argiloso laterítico) A seguir são apresentados nas Tabelas 2, 3 e 4 os resultados obtidos nos ensaios de laboratório. Tabela 2 - Massa específica e limites de consistência. Amostra Solo Solo-cal Solo-cal Solo-cal Solo-cal natural sem 3% 6% 3% 6% da cal ρs (g/cm 3 ) 2,790 2,801 2,855 2,794 2,853 w L (%) w P (%) I P (%) Nota: ρs é a massa específica real dos grãos. Tabela 3 - Distribuição granulométrica do solo com e sem uso de defloculante. Amostra Solo natural Solo natural Preparo sem defloculante com defloculante Abertura (mm) Peneiramento (% que passa) 4,76 (nº 4) 100,0 100,0 2,00 (nº10) 99,1 99,1 0,42 (nº40) 92,5 92,9 0,15 (nº100) 75,4 77,2 0,075(nº200) 60,6 62,6 Dimensão (mm) Sedimentação (% que passa) 0,037 37,0 49,5 0,019 28,0 46,7 0,009 5,0 45,5 0,005 2,0 41,5 0,002 0,0 37,0 196

3 Tabela 4 - Distribuição granulométrica. Amostra Solo Solo-cal Solo-cal Solo-cal Solo-cal natural 3% 6% 3% 6% da cal Sem Abertura (mm) Peneiramento (% que passa) 4,76 (nº 4) 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 2,00 (nº10) 99,1 99,3 99,0 99,9 99,9 0,42 (nº40) 92,9 91,6 92,1 93,5 92,7 0,15 (nº100) 77,2 74,0 71,4 76,3 75,9 0,075(nº200) 62,6 57,1 52,7 59,4 58,9 Dimensão (mm) Sedimentação (% que passa) 0,037 49,5 46,6 38,4 50,2 45,1 0,019 46,7 41,8 34,5 46,9 38,7 0,009 45,5 37,6 29,0 44,4 33,9 0,005 41,5 31,4 23,5 37,5 28,1 0,002 37,0 26,3 18,6 29,3 20,5 Nota: Os resultados foram obtidos com uso de defloculante Hexametafosfato de Sódio. Analisando os resultados apresentados na Tabela 2, constatou-se que a de cal hidratada aumenta a massa específica do material (ρs) e que o aumento foi progressivo conforme se aumentou o teor de cal hidratada, independentemente do modo de mistura ao solo. Ainda na Tabela 2, percebeu-se que a de cal hidratada ao solo diminuiu os índices de plasticidade (I P ) em relação ao do solo natural, sendo mais acentuada a redução nas situações em que a cal foi adicionada diluída na água de compactação. Cabe salientar que o limite de liquidez foi mais influenciado que o limite de plasticidade pela da cal hidratada ao solo, reduzindo seu valor de 48% para um valor médio de 39% de forma geral. A Tabela 3 mostra que o uso de defloculante aumenta as porcentagens de partículas finas retidas, correspondentes à fração silte e argila e diminui o percentual retido da fração grossa, correspondente à fração pedregulho e areia. Isto demonstrou que o solo fino tropical possuía partículas concrecionadas. Os resultados apresentados na Tabela 4 mostram que, mesmo com o uso de defloculante, a porcentagem passante das misturas solo-cal foi menor que a porcentagem passante do solo natural. Isso indica que o defloculante não é suficientemente capaz de separar todas as partículas da cal aderidas à superfície das partículas do solo. Os resultados do ensaio de compactação são apresentados nas Tabelas 5 e 6, a seguir. Tabela 5 Ensaio de compactação (energia normal) Amostra Solo natural sem Solo-cal Solo-cal Solo-cal Solo-cal 3% 6% 3% 6% da cal ρd max (g/cm 3 ) 1,670 1,554 1,497 1,652 1,610 w ot. (%) 21,0 22,7 23,1 21,5 21,8 CBR max (%) 7,0 15,9 15,2 25,1 26,0 Exp. (%) 0,00 0,03 0,01-0,01 0,16 Nota: ρd max é a massa específica seca máxima Tabela 6 Ensaio de compactação (energia intermediária) Amostra Solo natural sem Solo-cal Solo-cal Solo-cal Solo-cal 3% 6% 3% 6% da cal ρd max (g/cm 3 ) 1,750 1,680 1,616 1,716 1,656 w ot. (%) 18,6 20,8 21,7 20,2 20,9 CBR max (%) 16,0 31,0 37,0 49,0 92,0 Exp. (%) 0,00 0,00-0,01 0,01 0,01 Nota: ρd max é a massa específica seca máxima Embora para fins de pavimentação rodoviária seja mais utilizada a energia de compactação intermediária, foi realizada também a compactação com energia normal para assim poder avaliar o comportamento do material estabilizado sob diferentes graus de energia de compactação. De forma geral, os resultados da densidade seca máxima (ρd max ) para as amostras de solo estabilizadas com cal, apresentadas nas Tabelas 5 e 6, foram inferiores ao da densidade seca máxima obtida com o solo natural (sem cal). Atribui-se este comportamento ao maior teor de umidade (w ot. ) para a obtenção da respectiva massa específica seca máxima das amostras de solo-cal e às partículas de cal (cuja massa específica geralmente varia entre 2,2 e 2,4 g/cm³), substituindo uma parcela dos grãos de massa específica superior. Cabe salientar, que a cal hidratada é ávida por água e possui propriedade de retenção de água elevada. Na Tabela 5, para compactação com energia normal observa-se que os resultados de CBR para as amostras com teores de 3% e 6% de cal hidratada são praticamente iguais dentro de cada modo de da cal. O valor de CBR igual a 7% do solo natural aumentou em média 122% com a de cal em pó e 265% com da cal diluída na água de compactação (ver Tabela 5). 197

4 O modo de da cal hidratada ao solo diluída na água de compactação aumentou a resistência mecânica do material, aumentando em média 64% o valor do CBR em relação ao das amostras misturadas com cal em pó, da maneira convencional (ver Tabela 5). Analisando os resultados da Tabela 6, para compactação com energia intermediária percebeu-se que o aumento do teor de cal implicou no aumento de CBR. Comportamento este notado para ambos os modos de da cal hidratada. Acredita-se que a proximidade dos grãos, devido ao aumento da compacidade facilita as reações químicas no interior da amostra. O valor de CBR igual a 16% do solo natural aumentou 94% com a de 3% de cal em pó, 131% com de 6% de cal em pó, 206% com de 3% de cal diluída e 475% com de 6% de cal diluída na água de compactação (ver Tabela 6). Quanto aos valores de expansão pode-se considerá-los todos insignificantes. 5. CONCLUSÕES Após a apresentação e a análise dos resultados chegou-se as seguintes conclusões: A de cal hidratada aumentou a massa específica do material e o aumento foi progressivo conforme se aumentou o teor de cal hidratada, independentemente do modo de mistura ao solo; A de cal hidratada ao solo diminuiu os índices de plasticidade em relação ao do solo natural, sendo mais acentuada a redução nas situações em que a cal foi adicionada diluída na água de compactação. O limite de liquidez foi mais influenciado que o de plasticidade pela da cal hidratada ao solo, reduzindo seu valor de 48% para um médio de 39% de forma geral; O uso de defloculante demonstrou que o solo fino possuía partículas concrecionadas, típicas de solos tropicais; A análise granulométrica demonstrou que o defloculante não é suficientemente capaz de separar todas as partículas da cal aderidas à superfície das partículas do solo; Os resultados da densidade seca máxima para as amostras de solo estabilizadas com cal foram inferiores ao da densidade obtida com o solo natural (sem cal). Atribui-se este comportamento ao maior teor de umidade (w ot. ) para a obtenção da respectiva massa específica seca máxima das amostras de solo-cal e às partículas de cal, substituindo uma parcela dos grãos do solo de massa específica superior; Para compactação com energia normal observou-se que os resultados de CBR para as amostras com teores de 3% e 6% de cal hidratada são praticamente iguais dentro de cada modo de da cal; Considerando a energia normal de compactação, o valor de CBR igual a 7% do solo natural aumentou em média 122% com a de cal em pó e 265% com da cal diluída na água de compactação; Considerando a energia normal de compactação, o modo de da cal hidratada ao solo diluída na água de compactação aumentou a resistência mecânica do material, aumentando em média 64% o valor do CBR em relação ao das amostras misturadas com cal em pó; Para compactação com energia intermediária percebeu-se que o aumento do teor de cal implicou no aumento de CBR, comportamento este notado para ambos os modos de da cal hidratada; Considerando a energia intermediária de compactação, o valor de CBR igual a 16% do solo natural aumentou 94% com a de 3% de cal em pó, 131% com de 6% de cal em pó, 206% com de 3% de cal diluída e 475% com de 6% de cal diluída na água de compactação; Os ensaios de laboratório demonstraram a influência positiva da da cal diluída na água de compactação, no que diz respeito ao aumento do valor de CBR; 198

5 A proposta pode ser viabilizada tecnicamente no campo, adicionado-se a cal hidratada no tanque do caminhão-pipa ao qual poder-se-á adaptar facilmente um rotor com hélice para homogeneizar a solução de cal no interior do tanque,evitando a sedimentação da cal. AGRADECIMENTOS À FURNAS Centrais Elétricas S/A na pessoa do engenheiro civil Renato Cabral Guimarães, chefe do laboratório de solos. BIBLIOGRAFIA REZENDE, L. R. de; CARVALHO, J. C. de, CARDOSO, F. B. da F. & CAMPELLO, C. S. Estudos Laboratoriais de dois solos finos estabilizados com cal. In: SIMPÓSIO SOBRE SOLOS TROPICAIS E PROCESSOS EROSIVOS NO CENTRO- OESTE, , Brasília. Anais, Brasília, Unb, 2003, p

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