Solo-cal 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-cal 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 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 Histórico Utilizado a mais de anos Fins rodoviários romanos a anos Larga escala USA 1924 Antiga União Soviética Padronização a partir da Segunda Guerra USA - melhoria na resistência de cascalhos argilosos - tratamento de subleitos funcionando como sub-base Europa - melhoria da trabalhabilidade de solos muito úmidos África - melhoria de resistência e expansão de solos Brasil - uso a partir da década de

6 Aplicações Estabilização do subleito: 3 a 6% Estabilização da base (sub-base e reforço): 2 a 4% Modificação de solos pela adição de cal: umidade excessiva Estabilização profunda: injeção de cal sob pressão (controle da expansão de solos instáveis) Colunas de solo-cal: diminuem os recalques Lime Slurry Pressure Injection LSPI: forma uma rede de sustentação Solo-cal: 5 a 6% (predomínio da pozolanização) Solo melhorado com cal: modificação na plasticidade e na sensibilidade à água 6

7 Aplicações Tipos Cal hidratada calcítica Ca(OH) 2 Cal hidratada dolomítica Ca(OH) 2.Mg(OH) 2 7

8 Aplicações Troca catiônica Floculação 8

9 Aplicações Troca catiônica Floculação 9

10 Aplicações Reações pozolânicas 10

11 Aplicações Reações pozolânicas 11

12 Aplicações 12

13 Aplicações Aplicação da técnica (agente estabilizante principal ou secundário); Benefícios e Mecanismos de Estabilização (trocas iônicas, carbonatação e pozolanização) Fatores que influenciam: Propriedades naturais do solo Tipo e teor de cal Tempo e condições de cura (temperatura e umidade) Reatividade do solo (matéria orgânica) Compactação (solos argilosos) 13

14 Aplicações Aplicação da técnica (agente estabilizante principal ou secundário); Benefícios e Mecanismos de Estabilização (trocas iônicas, carbonatação e pozolanização) Mineralogia: Minerais que favoreçam as reações pozolânicas (montmorilonitas) Solos Tropicais (baixa ocorrência dos grupos minerais, e acidez) 14

15 Aplicações Fatores que influenciam: Propriedades naturais do solo Tipo e teor de cal Tempo e condições de cura (temperatura e umidade) Reatividade do Solo (matéria orgânica) Compactação (solos argilosos) 15

16 Aplicações Fatores que influenciam - Propriedades naturais do solo Em geral utilizada em solos argilosos Quanto mais plástico for o solo, maiores os benefícios devidos à adição de cal Solos de granulometria média, moderadamente fina e fina Efeitos plasticidade, trabalhabilidade expansibilidade, resistência 16

17 Aplicações Fatores que influenciam - Propriedades naturais do solo A-7-5 (20) 18 A-2-6 (0) A-4 (3) A-6 (12) 39 A-6 (12) A-2-7 (2) 8 41 A-2-7 (0) A-7-5 (20) 2832 A-7-5 (20) 0 Variação da expansibilidade Expansibilidade (%) Teor de cal (%) 17

18 Aplicações Fatores que influenciam - Propriedades naturais do solo 15 A-7-5 (20) 18 A-2-6 (0) 22 A-4 (3) 38 A-6 (12) 39 A-6 (12) 42 A-2-7 (2) 41 A-2-7 (0) 2838 A-7-5 (20) 2832 A-7-5 (20) Variação da IP 18

19 Aplicações Fatores que influenciam - Propriedades naturais do solo Variação dos limites de consistência e da granulometria ( < 0,074 mm) 19

20 Aplicações Fatores que influenciam - Propriedades do solo Variação de d max e ISC 20

21 Aplicações Fatores que influenciam - Propriedades do solo Variação de ISC 15 A-7-5 (20) 18 A-2-6 (0) 22 A-4 (3) 38 A-6 (12) 39 A-6 (12) 21

22 Aplicações Fatores que influenciam - Tempo e condições de cura Temperaturas inferiores a 16ºC 18ºC retardam as reações enquanto que temperaturas superiores aceleram-nas 22

23 Aplicações Fatores que influenciam Matéria orgânica % > 1% Influencia o normal e eficaz desenvolvimento da ação de cimentação Efeito de máscara provocado pelos cátions orgânicos sobre as partículas de argila reduzindo a dissolução da sílica e alumina 23

24 Dosagem Solos reativos (ganho de RCNC > 345 kpa) RCNC (energia Proctor normal) Solos não-reativos (ganho de RCNC < 345 kpa) Melhoramento da trabalhabilidade com menor ganho de resistência RCNC (energia Proctor normal) + ISC 24

25 Dosagem Outros métodos Método do ph - tem como princípio básico adicionar quantidade de cal suficiente para assegurar um ph de 12,4 para a ocorrência das reações pozolânicas 25

26 Dosagem Método do Departamento de Rodovias da Califórnia Diferentes teores de cal Cura de 24h antes da compactação Compactação por pisoteamento Kneading Compactor Ensaio no estabiliômetro de Hveem Escolhe-se o teor de cal C tal que 60< R < 80 Teor de cal = C + 1% 26

27 Dosagem Método do Departamento de Rodovias da Califórnia Diferentes teores de cal Cura de 24h antes da compactação Compactação por pisoteamento Kneading Compactor Ensaio no estabiliômetro de Hveem Escolhe-se o teor de cal C tal que 60< R < 80 Teor de cal = C + 1% 27

28 Dosagem Método de Eades e Grim Amostras de 20g, passante na peneira de 0,42 mm % de cal 2%, 3%, 4%, 5% e 6% Mistura 20g solo + % cal ml água Após 1h de cura mede-se o ph da mistura Teor de cal de projeto ph 12,40 ou 12,30 28

29 Dosagem Método do Departamento de Rodovias de Illinois - Estabilização solo-cal Cura por 48h, T = 48,9 C RCNC (3% cal) > RCNC (solo natural) kpa Teor de cal - % C a partir da qual não há ganho significativo de RCNC Teor de projeto = C + (0,5 a 1%) Base: RCNC > 1030 kpa Sub-base: RCNC > 690 kpa 29

30 Dosagem Método do Departamento de Rodovias de Illinois - Modificação do subleito ou expediente construtivo LL LP Cura da mistura solta por 1h Teor de cal - % C a partir da qual não há redução significativa de IP Teor de projeto = C + (0,5 a 1%) 30

31 Dosagem Método do Departamento de Rodovias da Louisiana Base: RCNC > 690 kpa Sub-base: RCNC > 345 kpa Ciclo de cura 7 dias em câmara úmida 8h secagem, T=60 C Resfriamento por 8h RCNC a veloc. 3,81 mm/min Ensaio de capilaridade imersa por 10 dias, com pressão de confinamento de 6,9 kpa (AASHTO-212) 31

32 Dosagem Método do Departamento de Rodovias de Oklahoma Método do ph (Eades e Grim) Ou Redução do IP a 10% Teores: 3, 5, 7 e 10% Cura de 48h em câmara úmida Mistura, secagem e determinação do LL e LP 32

33 Dosagem Método do Departamento de Rodovias de South Dakota Teor ótimo de cal através de método similar ao método proposto por Eades e Grim Mede-se o desenvolvimento de resistência através do ensaio ISC

34 Dosagem Método do Departamento de Rodovias do Texas (TxDOT) Base: RCNC > 690 kpa Sub-base: RCNC > 345 kpa Ciclo de cura 7 dias em câmara triaxial à temperatura ambiente 6h secagem, T<60 C, até perder 1/3 a 1/2 do teor de umidade Resfriamento por 8h Ensaio de capilaridade imersa por 10 dias, com pressão de confinamento de 6,9 kpa (AASHTO-212) RCNC 34

35 Dosagem Método do Departamento de Rodovias do Texas (TxDOT) Base: RCNC > 690 kpa Sub-base: RCNC > 345 kpa Ciclo de cura 7 dias em câmara triaxial à temperatura ambiente 6h secagem, T<60 C, até perder 1/3 a 1/2 do teor de umidade Resfriamento por 8h Ensaio de capilaridade imersa por 10 dias, com pressão de confinamento de 6,9 kpa (AASHTO-212) RCNC 35

36 Dosagem Método do Departamento de Rodovias da Virgínia Moldagem de vários corpos de prova em vários teores de cal Cura durante 72h, T < 48,9 C (umidade elevada em recipiente fechado) RCNC >

37 Dosagem Método de Thompson Base ou sub-base - ganhos de RCNC > 345 kpa 37

38 Dosagem Método de Thompson RCNC 1 (a) Solo natural (b) Solo+cal; cura por 48h a 490 C Incremento de resistência 345 kpa Solo não reativo (solo melhorado com cal) > 345 kpa Solo reativo (mistura solo-cal) 1 O teor de cal para (b) pode ser 5% ou valor determinado no ensaio ph 38

39 Dosagem Método de Thompson 345 kpa Solo não reativo (solo melhorado com cal) IP % de cal PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO 4 (a) % acima da qual acréscimos de cal não resultam em redução do IP (b) % de cal que resulta em redução aceitável de IP Análise de IP 2 Ensaios IP conduzidos 1h após a mistura solo-cal-água 4 Depende do objetivo da estabilização 5 Cura dos cp s, antes da imersão, é opcional. Expansão é importante nos subleitos TESTES OPCIONAIS 5 (a) ISC (b) Expansão ISC PORCENTAGEM DE CAL DE CAMPO Adição de 0,5 a 1,0% acima do teor de projeto para suprir perdas construtivas, distribuição desigual, etc. 39

40 Dosagem Método de Thompson >345 kpa Solo reativo (mistura solo-cal) PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO % acima da qual acréscimos de cal não resultam em acréscimo significativo de resistência RCNC % de cal Análise de RCNC VERIFICAÇÃO DA RCNC DA MISTURA Conforme Tabela 6 Uma estimativa do teor ótimo de cal pode ser obtida com o ensaio ph de Eades e Grim 40

41 Dosagem Método de Thompson Uso previsto RCNC residual 1 1 Após o primeiro inverno kpa RCNC (imersão 8 dias) 2 kpa Modificação do subleito Sub-base (Pavimento rígido) Sub-base (Pavimento flexível) Espessura (m) 3 0, , , Base RCNC mínima após o final da cura no campo 3 Espessura total sobre a sub-base (dist. tensões Boussinesq) 4 Resistência à flexão a ser utilizada no dimensionamento 41

42 Dosagem Método de Thompson >345 kpa Solo reativo (mistura solo-cal) PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO % acima da qual acréscimos de cal não resultam em acréscimo significativo de resistência RCNC % de cal Análise de RCNC VERIFICAÇÃO DA RCNC DA MISTURA Conforme Tabela AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DE PROJETO DA MISTURA Conforme correlações a seguir 6 Uma estimativa do teor ótimo de cal pode ser obtida com o ensaio ph de Eades e Grim 42

43 Dosagem Método de Thompson 43

44 Dosagem Método de Thompson >345 kpa Solo reativo (mistura solo-cal) PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO % acima da qual acréscimos de cal não resultam em acréscimo significativo de resistência RCNC % de cal Análise de RCNC VERIFICAÇÃO DA RCNC DA MISTURA Conforme Tabela AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DE PROJETO DA MISTURA Conforme correlações a seguir 6 Uma estimativa do teor ótimo de cal pode ser obtida com o ensaio ph de Eades e Grim PORCENTAGEM DE CAL DE CAMPO Adição de 0,5 a 1,0% acima do teor de projeto para suprir perdas construtivas, distribuição desigual, etc. 44

45 Durabilidade Principais métodos de avaliação: Perda de peso (forças de retração, molhagem e secagem) Perda de resistência ( forças de expansão, gelo-degelo) No Brasil para avaliação da durabilidade de solos estabilizados usam como base ensaios de molhagem-secagem 45

46 Durabilidade Principais métodos de avaliação Principais métodos de avaliação por molhagem e secagem: Método da ABCP Método de Iowa Método proposto por Marcon 46

47 Durabilidade Principais métodos de avaliação - Método de Iowa 6 cp s (0,05m diâmetro por 0,05m altura), curados em câmara úmida durante 14 dias Metade dos cp s são submetidos a ciclos de molhagem e secagem Metade fica curando em câmara úmida 47

48 Durabilidade Principais métodos de avaliação - Método de Iowa Ciclos de 48h 24h de imersão em água destilada e 24h de secagem ao ar Ao final dos ciclos (6 ou 12) cp s são imersos por 24h RCNC Avaliação é feita com base no coeficiente de durabilidade Cd Cd > 80% 48

49 Durabilidade Principais métodos de avaliação - Método de Marcon, 1977 Mínimo de 6 cp s, curados em câmara úmida durante 90 dias Metade dos cp s são submetidos a ciclos de molhagem e secagem Metade fica curando em câmara úmida 49

50 Durabilidade Principais métodos de avaliação - Método de Marcon, períodos de secagem ao ar livre 13 dias secagem 13 dias molhagem 13 dias secagem 13 dias molhagem 13 dias secagem 13 dias molhagem 12 dias secagem 50

51 Durabilidade Principais métodos de avaliação - Método de Marcon, 1977 Cp s são imersos em água por 24h RCNC Cd > 80% 51