Solo-cimento UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL. SNP38D53 Técnicas de Melhoramento de Solos

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL SNP38D53 Técnicas de Melhoramento de Solos Solo-cimento Prof.: Flavio A. Crispim (FACET/SNP-UNEMAT) SINOP - MT 2015

2 Técnicas de melhoramento Melhoramento x Estabilização Melhoramento Modificação da plasticidade e sensibilidade à água Estabilização Há aumento expressivo na resistência mecânica do solo Tec. de Melhoramento de Solos Prof. Flavio A. Crispim 2

3 Técnicas de melhoramento Técnicas Física Mecânica Química Térmica Compactação Adição de aditivos químicos (cal, cimento, betume...) Eletrocinética Substituição de material 3

4 Técnicas de melhoramento Técnicas Física Mecânica Química Térmica Compactação Adição de aditivos químicos (cal, cimento, betume...) Eletrocinética Substituição de material 4

5 Introdução Solo-cimento resultado da mistura de solo + água + cimento Proporções são determinadas em laboratório Quantitativos diferentes de água e cimento para obtenção de mistura com características adequadas de resistência e durabilidade 5

6 Introdução Solo-cimento resultado da mistura de solo + água + cimento Proporções são determinadas em laboratório Quantitativos diferentes de água e cimento para obtenção de mistura com características adequadas de resistência e durabilidade 6

7 Introdução Solo-cimento resultado da mistura de solo + água + cimento Em bases e sub-bases estabilizadas com cimento (DNIT) Solo-cimento (% cimento 6% a 10%) Deve satisfazer a certos requisitos de densidade, durabilidade e resistência, resultando em material duro, cimentado, de acentuada rigidez à flexão Solo melhorado com cimento (% cimento 2% a 4%) Modificação da plasticidade e sensibilidade à água, sem cimentação acentuada (são consideradas bases flexíveis) 7

8 Introdução Solo-cimento resultado da mistura de solo + água + cimento Em bases e sub-bases estabilizadas com cimento (DNIT) Solo-cimento (% cimento 6% a 10%) Aplicado em bases e sub-bases de pavimento Solo melhorado com cimento (% cimento 2% a 4%) Aplicado em aterros e subleito para melhoramento imediato das propriedades mecânicas do solo, para que seja possível a compactação e tráfego 8

9 Introdução Solo-cimento resultado da mistura de solo + água + cimento Água + cimento = produtos de hidratação (silicatos hidratados de cálcio, aluminatos hidratados de cálcio e cal hidratada) Os dois primeiros produtos constituem os principais componentes da cimentação 9

10 Introdução Solo-cimento resultado da mistura de solo + água + cimento Solos granulares - estabilização ocorre devido a forças de adesão resultantes da cimentação Silicatos e aluminatos de cálcio ligam se às partículas de solo, conferindo maior resistência à mistura 10

11 Introdução Solo-cimento resultado da mistura de solo + água + cimento Solos granulares - estabilização ocorre devido a forças de adesão resultantes da cimentação Silicatos e aluminatos de cálcio ligam se às partículas de solo, conferindo maior resistência à mistura 11

12 Introdução Solo-cimento resultado da mistura de solo + água + cimento As últimas reações - são pozolânicas e ocorrem em velocidade mais lenta Os compostos CSH e CAH são os agentes cimentantes responsáveis pelo ganho de resistência 12

13 Introdução Solo-cimento resultado da mistura de solo + água + cimento 13

14 Introdução Solo-cimento resultado da mistura de solo + água + cimento Ensaios solo natural LL, LP, granulometria, absorção e peso específico Ensaios misturas LL, LP, granulometria, compactação na energia do Proctor normal, durabilidade molhagem-secagem 14

15 Introdução Solo-cimento resultado da mistura de solo + água + cimento Norma geral - aplicada a qualquer solo Norma simplificada aplicada a solos granulares Portland Cement Association (PCA) No Brasil ET 35 (ABCP, 2004) 15

16 Em geral para fins de pavimentação podem ser empregados solos (TRB) - diâmetro máximo = 75 mm - passando na peneira nº4 (4,8 mm) 50% - passando na peneira nº40 (0,42 mm), de 15% a 100% - passando na peneira nº200 (0,075 mm) 50% - LL 40% - IP 18% 16

17 Norma Geral - procedimento a) identificação e classificação do solo b) escolha do teor de cimento para o ensaio de compactação c) execução do ensaio de compactação do solo-cimento d) escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade e) moldagem de corpos de prova para ensaio de durabilidade f) execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem g) escolha do teor de cimento adequado em função dos resultados dos ensaios 17

18 Norma Geral - procedimento a) identificação e classificação do solo - massa específica dos grãos de solos (NBR 6508) - LL (NBR 6459) - LP (NBR 7180) - análise granulométrica dos solos (NBR 7181) - absorção de água dos grãos de pedregulho (NBR 6458) 18

19 Norma Geral - procedimento b) escolha do teor de cimento para o ensaio de compactação Em geral, são ensaiados três teores, diferindo do teor médio de 2 pontos porcentuais 19

20 Norma Geral - procedimento b) escolha do teor de cimento para o ensaio de compactação Curva de compactação varia muito pouco para pequenas diferenças na quantidade de cimento Pode-se realizar uma única curva de compactação para o teor médio de cimento Isto não se aplica a estudos aprofundados (pesquisas, solos peculiares...) 20

21 Norma Geral - procedimento b) escolha do teor de cimento para o ensaio de compactação Para fixar os teores de cimento - comparar o solo com outros solos parecidos já ensaiados 21

22 Norma Geral - procedimento b) escolha do teor de cimento para o ensaio de compactação Não havendo outras informações Classificação (AASHTO-TRB) Teor de cimento em massa (%) A-1-A 5 A-1-B 6 A-2 7 A-3 9 A-4 10 A-5 10 A-6 12 A

23 Norma Geral - procedimento c) execução do ensaio de compactação do solo-cimento NBR

24 Norma Geral - procedimento c) execução do ensaio de compactação do solo-cimento NBR (energia normal) d Solo puro (0%) d d max w ot, d max Aumento na % cimento w 24 w

25 Norma Geral - procedimento d) escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade Conforme experiência ou conforme as Tabelas a seguir 25

26 Norma Geral procedimento solos granulares d) escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade Pedregulho grosso Silte + Argila (%) (%) 17,13 a 17,93 17,93 a 18,75 Peso específico seco máximo (kn/m³) 18,75 a 19,57 19,57 a 20,39 20,39 a 21,20 21,20 ou mais

27 Norma Geral procedimento solos siltosos e argilosos d) escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade 27

28 Norma Geral procedimento solos siltosos e argilosos d) escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade 28

29 Norma Geral - procedimento e) moldagem de corpos de prova para ensaio de durabilidade Conforme ensaio de compactação w ot, d max, energia normal 29

30 Norma Geral - procedimento f) execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem - Após 7 dias de cura em câmara úmida cp s são imersos em água por 5 h - Depois ficam em estufa (71ºC ± 2ºC) por 42 h - Ao fim deste período, os cp s são escovados - Repete-se o procedimento 12x 30

31 Norma Geral - procedimento f) execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem - Finalmente calcula-se a perda de massa P m = M s M f M s P m = perda de massa M s = massa seca inicial M f = massa seca final corrigida 31

32 Norma Geral - procedimento f) execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem - Finalmente calcula-se a perda de massa M M f = 100. A M f = massa seca final corrigida M = massa seca a 110º C A = % de água retida no corpo de prova 32

33 Norma Geral - procedimento g) escolha do teor de cimento adequado % cimento Baixos teores redução expressiva na perda de massa Altos teores redução pequena na perda de massa 33

34 Norma Geral - procedimento g) escolha do teor de cimento adequado Solo (AASHTO-TRB) Perda em peso (%) 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

35 Norma Simplificada Tempo de execução menor Incorpora a resistência à compressão não confinada aos 7 dias de cura Aplicável apenas a solos arenosos Silte + Argila < 50% Argila < 20% Método A - % retida na peneira de 4,8 mm igual a zero Método B - % retida na peneira de 4,8 mm maior que zero 35

36 Norma Simplificada - procedimento a) ensaios preliminares do solo b) ensaio de compactação do solo-cimento c) determinação da resistência à compressão não confinada (RCNC) aos 7 dias de cura d) comparação entre a RCNC média obtida nos corpos de prova e a RCNC mínima admissível para o solo em estudo 36

37 Norma Simplificada - procedimento a) ensaios preliminares do solo - massa específica dos grãos de solos (NBR 6508) - LL (NBR 6459) - LP (NBR 7180) - análise granulométrica dos solos (NBR 7181) - absorção de água dos grãos de pedregulho (NBR 6458) 37

38 Norma Simplificada - procedimento Método A b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max 38

39 Norma Simplificada - procedimento Método A b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max 39

40 Norma Simplificada - procedimento Método A b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max Estimar o teor de cimento 40

41 Norma Simplificada - procedimento Método A b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max Estimar o teor de cimento 41

42 Norma Simplificada - procedimento Método A b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max Estimar o teor de cimento Executa-se o ensaio de compactação Com d max obtém-se novo teor de cimento 42

43 Norma Simplificada - procedimento Método A b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max Estimar o teor de cimento Executa-se o ensaio de compactação Com d max obtém-se novo teor de cimento 43

44 Norma Simplificada - procedimento Método A b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max Estimar o teor de cimento Executa-se o ensaio de compactação Com d max obtém-se novo teor de cimento Compactam- se 3 cp s É comum ensaiar também teores de cimento de +/- 2 p.p. Total de 9 cp s 44

45 Norma Simplificada - procedimento Método A c) RCNC aos 7 dias de cura Após 7 dias de cura RCNC dos 9 cp s 45

46 Norma Simplificada - procedimento Método A d) comparação entre a RCNC média e a RCNC mínima admissível Após 7 dias de cura RCNC dos 9 cp s RCNC média (cada % cimento 3 cp s) > RCNC admissível 46

47 Norma Simplificada - procedimento Método A d) comparação entre a RCNC média e a RCNC mínima admissível Após 7 dias de cura RCNC dos 9 cp s RCNC média (cada % cimento 3 cp s) < RCNC admissível Norma Geral 47

48 Norma Simplificada - procedimento Método B b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max 48

49 Norma Simplificada - procedimento Método B b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max Estimar o teor de cimento 49

50 Norma Simplificada - procedimento Método B b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max Estimar o teor de cimento Executa-se o ensaio de compactação Com d max obtém-se novo teor de cimento 50

51 Norma Simplificada - procedimento Método B b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max Estimar o teor de cimento Executa-se o ensaio de compactação Com d max obtém-se novo teor de cimento 51

52 Norma Simplificada - procedimento Método B b) ensaio de compactação do solo-cimento Estimar d max Estimar o teor de cimento Executa-se o ensaio de compactação Com d max obtém-se novo teor de cimento Compactam- se 3 cp s É comum ensaiar também teores de cimento de +/- 2 p.p. Total de 9 cp s 52

53 Norma Simplificada - procedimento Método B c) RCNC aos 7 dias de cura Após 7 dias de cura RCNC dos 9 cp s 53

54 Norma Simplificada - procedimento Método B d) comparação entre a RCNC média e a RCNC mínima admissível Após 7 dias de cura RCNC dos 9 cp s RCNC média (cada % cimento 3 cp s) > RCNC admissível 54

55 Norma Simplificada - procedimento Método B d) comparação entre a RCNC média e a RCNC mínima admissível Após 7 dias de cura RCNC dos 9 cp s RCNC média (cada % cimento 3 cp s) > RCNC admissível 55

56 Norma Simplificada - procedimento Método B d) comparação entre a RCNC média e a RCNC mínima admissível Após 7 dias de cura RCNC dos 9 cp s RCNC média (cada % cimento 3 cp s) < RCNC admissível Norma Geral 56

57 Valores típicos Michel, 1981 Propriedade Peso esp. (kn/m³) Solos granulares Solos finos Obs. 15,70-21,60 13,70-19,60 Pode ser maior ou menor do que no solo natural. Intervalo entre mistura e compactação causam redução no peso esp. e resistência RCNC RCNC = A.C RCNC = B.C C = % cimento (kpa) RCNC t = RCNC t0 + K.log (t/t 0 ) t, t 0 = tempos de cura Coesão (kpa) A = 500 a 100 B = 300 a 600 K = 500.C K = 70.C C = ,225.RCNC Depende de C e t ( ) Pode decrescer a altas tensões confinantes Resist. a flexão e tração Rf = (1/3 a 1/5).RCNC Necessita de 1-3% para desenvolver 57

58 Valores típicos Michel, 1981 Propriedade Solos granulares Solos finos Obs. ISC ISC = 0,0038.RCNC 1,45 RCNC em kpa 0,1-0,2 0,15-0,35 - k (m/s) k < 1E-08 K paralelo aos planos de compactação pode ser 20x maior 58

59 Valores típicos Friozi e Crispim, 2012 LL (%) - IP (%) NP IG 0 Pedregulho (%) 0 Areia Grossa (%) 1 Areia Fina (%) 67 % < 0,074 mm 30 Teor de cimento (%) w ot (%) d max (kn/m³) 0 9,7 17, ,8 19, ,5 19, ,2 19,05 59

60 Valores típicos RCNC (kpa) Friozi e Crispim, Solo puro 2% 4% 6% % cimento 60