CHAIRA LACERDA NEPOMUCENO 2

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1 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS TÍPICOS DA REGIÃO DO LAGO DE TUCURUÍ- PA PARA UTILIZAÇÃO NA PAVIMENTAÇÃO (STABILIZATION OF SOIL TYPICAL OF THE REGION OF LAKE TUCURUI- PA FOR USING IN PAVING) AARÃO FERREIRA LIMA NETO 1 CHAIRA LACERDA NEPOMUCENO 2 JÉSSICA DA SILVA RIBEIRO 3 1 Engenheiro Civil, M. Sc. em Engenharia de Estruturas. Universidade Federal do Pará - UFPA. Rua Itaipu, 36 Vila Permanente Tucuruí PA - Brasil. aaraof@hotmail.com 2 Engenheira Civil, Universidade Federal do Pará - UFPA. Rua Itaipu, 36 Vila Permanente Tucuruí PA - Brasil. chaira01@gmail.com 3 Engenheira Civil, Universidade Federal do Pará - UFPA. Rua Itaipu, 36 Vila Permanente Tucuruí PA - Brasil. falajessica@hotmail.com RESUMO A indústria da construção civil é grande consumidora de recursos energéticos do planeta. Os profissionais da construção civil, preocupados com esse fato, estão buscando materiais e técnicas que minimizem os impactos ambientais ocasionados. Nesse contexto, a utilização do solo-cimento torna-se uma alternativa sustentável, pois utiliza extensamente um material que ocorre em abundância, o solo. O solo-cimento é o produto resultante da mistura íntima de solo, cimento Portland e água que compactados na umidade ótima e sob a máxima massa específica aparente seca, em proporções previamente estabelecidas, adquire resistência e durabilidade através das reações de hidratação do cimento. Neste estudo são apresentados parâmetros e diretrizes para o uso do material, bem como para o seu emprego na pavimentação no município de Tucuruí, que vem utilizando, tradicionalmente, brita graduada simples para esta finalidade. Foram realizados ensaios de caracterização em duas amostras de solo coletadas na margem direita do Rio Tocantins para identificação pelo método da TRB, que foram classificadas como A-6 e A-2-6. A partir deste estudo preliminar, efetuou-se a dosagem do solo-cimento pelo método da ABCP. Foram confeccionados corpos-de-prova com o solo A-6 e teores de 3%, 5%, 7% e 9% do cimento CP-II-F-32, com os quais foram realizados os ensaios de resistência a compressão axial e durabilidade. Com o solo A-2-6 foram moldados corpos-de-prova com os teores de 3% e 5%, para o ensaio de resistência a compressão axial. O solo-cimento resultante da estabilização das duas amostras apresentou resultados dentro das especificações normativas relativas à resistência a compressão (resistência

2 maior que 2,1 MPa NBR 12253) para todos os teores que foram ensaiados. Entretanto, os teores de 3% e 5% (solo A-6) não atenderam o critério de perda de massa no ensaio de durabilidade do para o emprego na pavimentação. PALAVRAS-CHAVE: Solo-cimento, Solo A-6, Solo A-2-6, Sustentabilidade, Pavimentação. ABSTRACT The construction industry is a huge consumer of energy resources of the planet. The construction professionals concerned with this fact, are looking for materials and techniques that minimize environmental impacts caused. In this context, the use of soil-cement becomes a sustainable alternative because it uses a material that occurs widely in abundance, the soil. The soil-cement is the product resulting from the intimate mixture of soil, Portland cement and water and compacted at optimum moisture in the maximum dry density, in proportions previously established, acquires strength and durability through the reactions of hydration of cement. We present parameters and guidelines for using the material as well as its use in the paving in the city of Tucurui, which has used traditionally simple graded gravel for this purpose. Characterization tests were conducted on two soil samples collected on the right bank of the Tocantins River to identify the method of the TRB, which were classified as A-6 and A-2-6. From this preliminary study, conducted to the soilcement strength by the method of ABCP. Specimens were prepared with proof-of-the soil and A-6 levels of 3%, 5%, 7% and 9% cement CP-II-F-32, which was performed endurance tests and axial compression durability. With the soil-2-6 were molded body-of-test with levels of 3% and 5% for testing resistance to axial compression. The soil-cement stabilization resulting from the two samples showed results within the normative specifications concerning the compressive strength (resistance greater than 2,1 MPa - NBR 12253) for all levels that were tested. However, the levels of 3% and 5% (soil A-6) did not meet the criterion of weight loss in the durability test for employment in the paving. KEYWORDS: Soil-cement, Soil A-6, Soil A-2-6, Sustainability, Paving.

3 INTRODUÇÃO Visando soluções que minimizem a degradação ambiental e ao mesmo tempo reduzam os custos do produto final, a indústria da construção civil está pesquisando materiais e técnicas que utilizem racionalmente os recursos naturais, necessitem de pouco investimento financeiro, gerem tecnologias apropriadas, utilizem materiais de baixo consumo energético e reaproveitem os materiais residuais. Dentro desse âmbito, o resgate do uso do solo compactado como material de construção tem se intensificado, tendo sido seu comportamento físico-mecânico melhorado através da estabilização por adição de cimento Portland, dando origem ao material solo-cimento. A utilização do cimento como agente estabilizador de solos teve início nos Estados Unidos em 1916, quando foi empregado para solucionar problemas causados pelo tráfego de veículos de rodas não-pneumáticas (FREIRE, 1976 apud SEGANTINI et al., 2006). Segundo a ABCP, Associação Brasileira de Cimento Portland, os pavimentos com base ou sub-base de solo-cimento são empregados no Brasil desde 1939, quando foi construída a estrada Caxambu- Areias, um empreendimento no qual a ABCP juntou-se ao DNER. Desde então, foram executados no país mais de km com essa solução, um marco mundial. A base de solo-cimento consiste em uma mistura homogênea compactada, curada e endurecida de solo, cimento e água. Pode empregar solos do próprio leito da futura base, misturados no local com equipamento pulvimisturador ou usar solos selecionados de jazidas, misturados em usina central ou no próprio local. O baixo custo inicial e a alta durabilidade são dois pontos fortes dessa alternativa, que é indicada como base e sub-base de pavimentos flexíveis e de peças pré-moldadas de concreto e também sub-base de pavimentos de concreto. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Solo-cimento O solo-cimento é o produto resultante da mistura íntima de solo, cimento Portland e água que compactados na umidade ótima e sob a máxima massa específica aparente seca, em proporções previamente estabelecidas, adquire resistência e durabilidade através das reações de hidratação do cimento (ABCP, 1980).

4 Estabilização dos solos A estabilização dos solos consiste, em geral, em um processo que modifica as características do sistema solo água ar, com a finalidade de se obter propriedades necessárias a uma aplicação particular, conferindo ao solo maior resistência estável às cargas, desgaste ou erosão. Para a finalidade de utilização do material solo-cimento são aplicados dois métodos de estabilização: por adição de cimento (química) e por compactação (mecânica), que serão detalhadas a seguir. A estabilização dos solos por adição de cimento Portland se inicia com desenvolvimento das reações químicas que são geradas na hidratação do cimento. A partir daí, desenvolvem-se vínculos químicos entre as superfícies dos grãos de cimento e as partículas do solo. São os solos granulares que respondem melhor a estabilização por adição de cimento Portland, porque desenvolvem vínculos da coesão nos pontos de contato entre os grãos, de forma semelhante ao concreto. A compactação do solo é o processo pelo qual suas partículas são forçadas a agruparem-se mais estreitamente, através da redução dos vazios do ar, geralmente por meio mecânico, ocorrendo a densificação do material (GRANDE, 2003). É um dos requisitos básicos para utilização do solocimento e para obter-se a densificação máxima do material, deve-se manter o solo na umidade ótima e sob máxima massa específica seca. Escolha do solo adequado para a composição do solo-cimento Existem vários critérios de escolha dos melhores solos a serem empregados na composição da mistura de solo-cimento. Segundo ABCP (1980), para fins rodoviários e para a construção de aeroportos, podem ser empregados solos com as seguintes características: Tabela 1. Especificações da ABCP para o solo a ser empregado na mistura de solo-cimento para fins de pavimentação (ABCP, 1980). Diâmetro máximo 75 mm Passando na peneira nº 4 (4,8 mm) Mais de 50% Passando na peneira nº 40 (0,42 mm) De 15% a 100% Passando na peneira nº 200 (0,075 mm) Até 50% Índice de plasticidade 18% Limite de liquidez 40%

5 Dosagem do solo-cimento A ABCP publicou dois métodos de dosagem do solo-cimento: o método geral e o simplificado. Este último aplica-se a solos que contenham, no máximo, 50% de material com diâmetro inferior de 0,05 mm (silte e argila) e no máximo 20% com diâmetro inferior a 0,005 mm (argila). O método consta em determinar o teor de cimento para o qual a mistura alcançará resistência a compressão mínima de 2,1 MPa aos 7 dias. Por outro lado, o método geral é aplicado aos solos que não se encaixam nos critérios da dosagem simplificada. Fundamenta-se em determinar um teor de cimento para o qual o solo-cimento ensaiado não ultrapasse um valor limite de perda de massa no ensaio de durabilidade por molhagem e secagem, conforme apresentado na Tabela 2. Tabela 2. Perda de massa máxima no ensaio de durabilidade por molhagem e secagem (ABCP, 1980). Tipo de solo Perda de massa máxima (%) A 1, A 2-4, A 2-5 e A-3 14 A 2-6, A 2-7, A-4 e A-5 10 A-6 e A-7 7 MATERIAIS E MÉTODOS Neste item serão descritos os procedimentos de coleta, preparação e os ensaios realizados com as amostras de solo; o tipo de cimento utilizado na estabilização; os procedimentos empregados para a dosagem e os ensaios realizados com os corpos-de-prova de solo-cimento. Solo Foram feitas coletas extraindo-se dois tipos de solo em uma área de empréstimo localizada à margem direita do rio Tocantins, endereçada como MD-AE-12. No laboratório, as amostras foram secas ao ar, destorroadas e pesadas e o solo coletado foi submetido aos ensaios de caracterização (análise granulométrica, determinação do limite de liquidez e plasticidade e massa específica real dos grãos) e compactação (energia normal). Figura 1. Local da coleta das amostras.

6 As amostras foram identificadas como solo A-6 (amostra 1) e solo A-2-6 (amostra 2), conforme curva granulométrica mostrada abaixo. Amostra 1 Amostra 2 Gráfico 1. Curva granulométrica das amostras de solo. A Tabela 3 apresenta as frações granulométricas constituintes das amostras, que são predominantemente compostas por areia e o Gráfico 2 mostra o limite de liquidez das mesmas. Foi constatado um maior limite de liquidez para a amostra 1, devido ao maior de teor de argila em sua composição. Os resultados da caracterização mostraram que ambas as amostras de solo estavam adequadas para a composição do solo-cimento, de acordo com as especificações da ABCP. Tabela 3. Frações granulométricas de cada amostra de solo. Fração granulométrica Intervalo de diâmetro (mm) Amostra nº 01 percentual (%) Amostra nº 02 - percentual (%) Pedregulho d>2,00 mm 3,50 13,60 Areia 0,06 mm < d < 2,00 m 56,90 55,60 Silte 0,002 mm < d < 0,06 mm 14,60 11,80 Argila d < 0,002 mm 25,00 19,00

7 Gráfico 2. Limite de liquidez das amostras de solo. As diferenças no ensaio de compactação são apresentadas na tabela 4. O solo 2 apresentou o teor de umidade ótima menor, em relação ao solo 1, devido ao menor de teor de finos em sua composição. E o maior teor de pedregulhos levou a um aumento da massa específica seca máxima do solo. Tabela 4. Comparação entre os resultados obtidos no ensaio de compactação das amostras de solo. Amostra Umidade ótima (%) Massa específica (g/cm3) Solo 1 11,5% 1,920 Solo 2 10,4% 2,019 Cimento O cimento utilizado foi o CP-II-F-32, cimento composto com fíler. Dosagem do solo-cimento A amostra 1 foi dosada pelo método geral, enquanto que a amostra 2, pelo método simplificado, devido a sua granulometria. Para o solo A-6, ABCP (1980) recomenda os teores de 7±2% para a estabilização. Foram testados os teores de 3%, 5%, 7% e 9% de cimento. Para o outro solo, ABCP (1980) recomenda a utilização de 6±2% de cimento. Entretanto, foram testados os teores de 3% e 5% para efetuar uma análise comparativa do comportamento das duas amostras. Os traços calculados estão apresentados na Tabela 5. A quantidade de água adicionada a mistura foi determinada pela umidade ótima encontrada no ensaio de compactação de solo-cimento efetuado com as amostras, conforme apresenta a Tabela 6. Com os corpos-de-prova moldados com o solo 1 foram efetuados ensaios de resistência a compressão aos 7 e 28 dias e ensaio de durabilidade por molhagem e secagem; para o outro solo, apenas os ensaios de resistência a compressão, com ruptura aos 7 e 28 dias. Tabela 5. Traços da mistura de solo-cimento. Cimento: solo seco 3% 5% 7% 9% Traço 1:33,3 1:20 1:14,3 1:11,1

8 Tabela 6. Umidade ótima e máxima massa específica seca do solo-cimento. Características físicas Unidade Norma da ABNT Valor Amostra 1 Valor Amostra 2 Umidade ótima % ,00 9,50 Massa específica seca máxima g/cm ,950 2,020 RESULTADOS Nesta seção serão apresentados os resultados mais relevantes dos ensaios efetuados com os corposde-prova de solo-cimento. Amostra 1 Os resultados das rupturas para os teores analisados são mostradas na tabela 7. O Gráfico 3 mostra a média dos resultados obtidos com os corpos-de-prova ensaiados à compressão. Foram ensaiados 2 corpos-de-prova por idade de ruptura, aos 7 e 28 dias. CP Idade Tensão de ruptura Tabela 7. Resultados da ruptura para o teor de 3%. Teor de cimento Grau de compactação Umidade Massa específica aparente seca Média Desvio padrão Coeficiente de variação (dias) (MPa) (%) (%) (%) (g/cm3) (MPa) (%) RC ,36 3% 98,5 10,54 1,920 RC ,20 3% 97,3 10,79 1,898 2,78 0,59 21,37% RC ,16 3% 98,5 10,81 1,921 RC ,45 3% 98,4 10,64 1,965 3,31 0,21 6,20% RC-1 7 3,53 5% 98,7 10,26 1,925 3,89 0,51 13,09% RC-2 7 4,25 5% 98,5 10,24 1,920 RC ,70 5% 98,6 10,37 1,922 5,03 0,47 9,28% RC ,36 5% 98,5 10,13 1,921 RC-9 7 5,41 7% 99,6 10,40 1,943 4,72 0,98 20,85% RC ,02 7% 98,6 10,58 1,923 RC ,35 7% 97,4 10,51 1,900 7,29 0,08 1,16% RC ,23 7% 97,8 10,41 1,908 RC ,61 9% 99,1 10,40 1,932 6,34 0,38 6,02% RC ,07 9% 98,0 10,35 1,912 RC ,49 9% 99,3 10,57 1,937 9,33 1,64 17,58% RC ,17 9% 98,5 10,40 1,921

9 Gráfico 3. Resultados da resistência à compressão com solo 1. Todos os corpos-de-prova superaram a resistência mínima à compressão, inclusive o teor de 3% de cimento. Foi observado que quanto maior o teor de cimento, maior o crescimento da resistência entre 7 e 28 dias. Contudo, verificou-se uma grande variabilidade entre os corpos-de-prova de mesmo teor rompidos na mesma idade. ABCP (1980a) afirma ainda que o ensaio de resistência a compressão como controlador de solo-cimento é bastante precário, pois é um valor altamente influenciado pela densidade obtida na compactação e tempo de repouso da mistura umedecida. Outra restrição que se pode fazer quanto à adoção desse ensaio como padrão de controle é a inexistência de estudos estatísticos que possibilitem o conhecimento perfeito das dispersões que se verificam em ensaios deste tipo, conforme foi constatado na pesquisa. Os resultados dos ensaios de durabilidade com a amostra de solo 1 são mostrados no gráfico 4. Este ensaio fornece dois dados importantes acerca do comportamento do solo-cimento quando submetido a ensaios cíclicos de fadiga do material: a variação de volume e a perda de massa. Apenas os teores de 7% e 9% atenderam as especificações normativas para o emprego como base ou sub-base na pavimentação. Durante a realização dos ensaios foi possível constatar que os corposde-prova dos teores de 3% não atenderiam a norma, pois o material tinha aspecto bastante poroso e se esfarelava ao simples toque. A curva formada pela perda de massa (Gráfico 4) em função do teor de cimento indica, logicamente, que à medida que cresce o teor de cimento, decresce a perda de massa. Este é o comportamento típico da função exponencial; quando a perda de massa se aproxima de zero, o teor de cimento tende ao infinito. Grandes decréscimos na perda de massa podem ser observados entre os teores de 3% e 7% e a partir daí não é viável aumentar o teor de cimento, pois aumentaria sensivelmente o custo, sem grandes benefícios.

10 Amostra de solo 2 Gráfico 4. Resultados da perda de massa do solo-cimento. Conforme descrito na metodologia, para este solo foi avaliada apenas a resistência à compressão. Segundo o método de dosagem simplificado, comprovado estatisticamento pela PCA - Portland Cement Association, o solo que atende os requisitos de resistência, atende também os requisitos de durabilidade, desde que o solo se enquadre nas restrições relativas à composição granulométrica. São apresentados os resultados obtidos no ensaio de resistência a compressão com o solo-cimento obtido com a amostra 2 no Tabela 8 e no Gráfico 5. Para esta série de ensaios foram moldados 3 corpos-de-prova por teor ensaiado. Tabela 8. Resultados da resistência à compressão do solo-cimento utilizando CP-II-F-32. Massa Tensão Teor de Grau de Idade de cimento compactação Umidade específica Coeficiente Média Desvio aparente de variação ruptura padrão seca (dias) (MPa) (%) (%) (%) (g/cm3) (MPa) (%) CP ,59 3% 99,5 9,88 2,010 CP ,62 3% 99,4 9,78 2,007 2,60 0,02 0,67% CP ,59 3% 99,5 9,91 2,010 CP ,25 3% 99,1 10,08 2,002 CP ,01 3% 99,5 9,87 2,010 3,17 0,14 4,37% CP ,25 3% 99,4 9,93 2,009 CP ,94 5% 99,1 9,63 2,001 CP ,10 5% 99,1 9,75 2,002 4,40 0,47 10,65% CP ,16 5% 99,6 9,53 2,011 CP ,48 5% 99,3 9,68 2,006 CP ,45 5% 99,3 9,77 2,007 5,99 0,52 8,63% CP ,03 5% 99,6 9,83 2,012

11 Gráfico 5. Resultados da resistência do solo-cimento com a amostra de solo 2. Verificou-se que com o aumento da quantidade de corpos-de-prova ensaiados, diminuiu sensivelmente a variabilidade nos resultados. Todos os teores atenderam a resistência mínima, apresentando resultados bastante semelhantes ao solo-cimento com a amostra de solo 1. As diferenças na composição das amostras de solo não foram suficientemente grandes para influenciar nas propriedades mecânicas do solo-cimento. CONSIDERAÇÕES FINAIS As amostras de solo 1 e 2 apresentaram poucas diferenças em relação à curva granulométrica, até mesmo porque as amostras têm a mesma origem geológica: o solo 2 apresentou menor teor de finos e maior teor de pedregulhos, mostrando-se um solo mais adequado para o material solo-cimento. Tais diferenças acarretaram em mudança na classificação das amostras, sendo a primeira classificada como A-6 e a segunda como A-2-6. A classificação das amostras levou a processos diferentes para a dosagem, o que não interferiu significativamente no desempenho do material quando submetido a ensaio de resistência à compressão simples. Contudo, no aspecto geral, o solo A-2-6 apresentou um desempenho superior nos ensaios realizados. O solo-cimento é um material de ampla utilização e vários autores citam a potencialidade do uso desse material na construção civil. Verificou-se que o solo-cimento testado tem grande aplicabilidade na região, garantindo assim redução de custos e facilidade de aplicação da tecnologia, pois as jazidas testadas apresentaram solos adequados e bastante econômicos para a confecção do solo-cimento. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Dosagem das misturas de solocimento. Normas de dosagem e métodos de ensaios. São Paulo, SP: ABCP, 1980.

12 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Controle e fiscalização de obras de solo-cimento. São Paulo, SP: ABCP, GRANDE, Fernando Mazzeo. Fabricação de tijolos modulares de solo cimento por prensagem manual com e sem a adição de sílica ativa. São Carlos, SP: EESC - Escola de Engenharia de São Carlos, SEGANTINI, A. A. S. et al. Confecção de solo-cimento plástico com resíduos de construção para uso em obras de pequeno porte. Ilha Solteira, SP: UNESP, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Solo-cimento: ensaio de compactação. Método de ensaio. Rio de Janeiro, p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Solo-cimento: moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos. Método de ensaio. Rio de Janeiro, p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Solo-cimento: ensaio de compressão simples de corpos-de-prova cilíndricos. Método de ensaio. Rio de Janeiro, p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Solo-cimento: dosagem para emprego como camada de pavimento. Procedimento. Rio de Janeiro, p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Solo-cimento: durabilidade por molhagem e secagem. Método de ensaio. Rio de Janeiro, p.