DIAGNÓSTICO E ESTUDO DO TRATAMENTO DA EROSÃO EM NÚCLEOS URBANOS AO LONGO DA FAIXA LINDEIRA DA RODOVIA RIO-SANTOS UTILIZANDO-SE O MÉTODO DA PASTILHA (Painel III: Integração das Novas Tecnologias) Rita Moura Fortes Professora Dr. da Escola de Engenharia, Grupo de Pesquisa Viário e Meio Ambiente - Universidade Presbiteriana Mackenzie UPM São Paulo / Brasil Bruno Rossini Binotto Graduando Escola de Engenharia, Grupo de Pesquisa Viário e Meio Ambiente - Universidade Presbiteriana Mackenzie UPM São Paulo/Brasil RESUMO As rodovias geralmente possuem um papel fundamental nas sociedades modernas e em particular nos aglomerados urbanos que se constituem nas áreas lindeiras ao seu posicionamento. Utilizada como elemento chave no escoamento da produção das sociedades e como ele entre os pólos de lazer, muitas vezes servem de base para a implantação de núcleos urbanos. É neste último contexto que a estrada Rio-Santos se enquadra e por estar numa área de elevado potencial econômico, muitos conglomerados urbanos tem se instalado ao longo de seu eixo, promovendo a devastação da mata Atlântica e tendo como conseqüência a erosão e a instabilidade de taludes e encostas. O presente trabalho busca estudar e apresentar uma comparação da estabilidade desse solo utilizando-se adição de cimento Portland e do aditivo Consoli, utilizando o método da pastilha. TrabalhoV-035
PALAVRAS-CHAVE: erosão, estabilização de solos, ensaio de pastilha, MCT, dosagem de aditivos, cimento Portland. 1. INSTRUÇÃO A rodovia que liga a cidade de Bertioga a São Sebastião ao longo da estrada Rio-Santos (Figura 1) apresenta uma tipologia de via destinada ao lazer, no entanto, comunidades das mais diferentes formas se instalaram ao seu redor, criando núcleos de atividades de lazer, segmentos do setor primário e terciário, inclusive áreas de especulação imobiliária. No entanto, esse crescimento nos últimos 30 anos tem-se dado de forma desordenada, atendendo a uma especulação imobiliária que conta com o poderio econômico de uma cidade como São Paulo [1]. Figura 1 Mapa da rodovia que liga a cidade de Bertioga a São Sebastião. Para atender a uma demanda desmedida por terrenos urbanos, desenvolveu-se na região uma forma predatória de implantação de loteamentos que consiste em desmonte de morros e aterro dos mangues, propiciando a formação de erosão nas encostas e nas laterais dos aterros e instabilidade nos taludes [1].
Os danos causados na região estão crescendo ao longo dos anos com o acréscimo da população que vem se alojando nos núcleos urbanos, contribuindo para o crescimento do problema de erosão [1]. Os carros que trafegam na rodovia ficam sujeitos ao risco de instabilidade dos taludes que beiram a estrada tanto no sentido que leva a Santos quanto no sentido que leva ao Rio de Janeiro, causando mal estar aos motoristas que transitam pelos locais de maiores riscos de escorregamento de taludes. Assim sendo é necessário buscar-se medidas que possam mitigar os inconvenientes advindos pela erosão dos solos principalmente nos taludes, que levam ao risco de vidas que constituem esses núcleos urbanos, que além de geralmente serem formados por pessoas de baixa renda e portanto, com recursos financeiros escassos, também possuem uma ignorância sobre a iminência do risco a que estão sujeitos, sendo que na maioria das vezes não são prevenidos e transitam sem maiores cuidados, muitas vezes perecendo como vitimas de soterramentos. Esta pesquisa teve a finalidade de estudar os tipos de solos ocorrentes na região, caracterizando-os quanto ao comportamento quanto à erosão e a instabilidade, segundo a metodologia MCT, aplicando soluções de estabilização com adição de cimento Portland e com adição de soluções químicas estabilizantes. Uma vez estudada a estabilização desses solos pretende-se posteriormente apresentar a comunidade recomendações simples de como evitar-se esse problema. 2 CLASSIFICAÇÕES DE SOLOS A classificação de solos é uma ferramenta de grande utilidade na engenharia, uma vez que permite que se estime o comportamento de um solo. No entanto, ela só é válida quando desempenha o seu papel com eficiência, ou seja, consegue identificar corretamente a que grupo o solo pertence, e relacionado a esse grupo, consegue elencar as propriedades do mesmo. O solo não é uma exclusividade da engenharia e assim sendo, existem diversas classificações aplicáveis às diversas áreas, como as classificações genéticas, das quais podem se citar as pedológicas e as geológicas, e as geotécnicas. Das classificações geotécnicas, duas são as mais usuais: a classificação HRB - AASHTO e o Sistema Unificado de Classificação de Solos (USCS). 2.1 Classificações Tradicionais Diversos autores entre eles Lumb, Moh e Mazhar, Nogami e Villibor têm investigado e discutido as limitações das classificações geotécnicas comumente denominadas de ortodoxas, as quais se baseiam nas propriedades-índices, granulometria e limites de Atterberg [2]. Algumas limitações ocorrem principalmente em razão das diferenças existentes entre a natureza das frações de argila e areias, de solos de regiões tropicais e regiões temperadas, para as quais tais classificações foram desenvolvidas.
Estas limitações quanto a essas classificações podem ser resumidas em:repetitividade dos resultados dos ensaios; falta de correlação da classificação e o comportamento geotécnico (propriedades mecânicas e hídricas) [3, 4]. Referente à repetitividade, existe uma elevada dispersão dos resultados dos limites de Atterberg e a granulometria dos solos tropicais. A classificação de solos HRB-AASHTO é a mais utilizada no meio rodoviário, porém a mesma classifica e hierarquiza os solos tropicais de maneira inapropriada. Assim, por exemplo, os solos que se classificam no grupo A-7-5, quando adequadamente compactados, podem se apresentar um comportamento satisfatório como subleito, caso laterítico, ou um péssimo, caso saprolítico (baixa capacidade de suporte, muito resiliente e elevada expansão). Outro exemplo é o de solos do grupo A-4 com comportamento laterítico utilizados com sucesso em bases de pavimentos, ao passo que muitos solos saprolíticos pertencentes a esse mesmo grupo constituem freqüentemente, um péssimo subleito. Na condição ótima de compactação da energia normal este solo apresenta um valor de CBR da ordem de 3%, no caso de solo saprolítico, ao passo que solos deste grupo, quando lateríticos podem atingir valor de CBR superior a 30%, na mesma condição de compactação e superior a 80% na energia intermediária [3, 4]. 2.2 Classificação MCT A classificação de solo com uso da Metodologia MCT foi desenvolvida especialmente para o estudo de solos tropicais baseada em propriedades mecânicas e hídricas, obtidas em corpos de prova compactados de dimensões reduzidas. Essa classificação não utiliza a granulometria, o limite de liquidez e o índice de plasticidade, como acontece no caso das classificações geotécnicas tradicionais, separando os solos tropicais em duas grandes classes, os de comportamento laterítico e os de comportamento não laterítico. Os solos lateríticos, segundo a classificação MCT, são designados pela letra L, sendo subdivididos em 3 grupos: LA - areia laterítica quartzosa; LA - solo arenoso laterítico e LG - solo argiloso laterítico. Solos de comportamento não laterítico são designados pela letra N, sendo subdivididos em 4 grupos: NA areias, siltes e misturas de areias e siltes com predominância de grão de quartzo e/ou mica, não laterítico; NA misturas de areias quartzosas com finos de comportamento não laterítico (solo arenoso); NS solo siltoso não laterítico e NG solo argiloso não laterítico [4, 5]. Para se classificar os solos lateríticos e saprolíticos, através da Metodologia MCT, utiliza-se o gráfico da Figura 2, onde a linha tracejada separa os solos de comportamento laterítico dos de comportamento não laterítico. Uma vez classificado o solo, é possível estimar o comportamento mecânico e hídrico, conforme apresentado no quadro 1
Figura 2 Carta de Classificação de Solos da Metodologia MCT [5]. Quadro 1 Propriedades e Utilização dos Grupos de Solos da MCT [5]
3 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS A origem dos estabilizadores de solos remontam à Roma antiga. A necessidade de desenvolverem-se aditivos capazes de melhorar as qualidades de grandes quantidades de solos surgiu como uma alternativa para a utilização de cal e cimento. Vários destes aditivos foram desenvolvidos, alguns à base de hidrocarbonetos saturados, copolímeros, ácidos sulfônicos, cloretos de cálcio ou sódio, mas muitos deles apresentavam como inconveniente ou a dificuldade de mistura ou a sensibilidade ao tipo de solo ou o alto custo ou até mesmo a contaminação de solos, tendo o seu uso restrito pela legislação ambiental vigente na Europa e América do Norte. Para a utilização de aditivos, no caso de solo cal ou solo cimento, o Brasil possui normas e trabalhos de pesquisa desenvolvidos com sucesso. Já na utilização de aditivos químicos, é de suma importância que se verifique se a sua constituição não possui elementos contaminantes e que também se realize ensaios para verificar o desempenho do aditivo na melhoria das propriedades do solo [6]. 3.1 Estabilização de solos com cimento Desde 1935, o PCA (Portland Cement Association) tem desenvolvido pesquisas dos solos estabilizados com cimento Portland aplicados em pavimentação de estradas. A idéia já existia desde 1921. No Brasil, a Associação Brasileira de Cimento Portland iniciou seus trabalhos em 1941, tendo como pavimentação pioneira o Aeroporto de Petrolina. O solo-cimento é o material produzido sob controle e resultante do endurecimento de uma mistura homogênea, adequadamente compactada e curada, de solo(s) destorroado(s) com cimento Portland comum e água, em proporções determinadas no respectivo projeto. Eventualmente, podem entrar na mistura materiais como pedregulho ou a pedra britada. A dosagem deverá ser feita em laboratório, sendo que o teor de cimento deverá ser indicado no projeto em número inteiro e expresso em porcentagem do volume de cimento solto em relação ao volume da base acabada. As porcentagens usualmente utilizadas são de 5 e 8% de cimento em peso sobre a amostra seca. 3.2 Estabilização de solos com aditivo Existem diversos aditivos para solos à base de hidrocarbonetos. Neste experimento foi utilizada a combinação do aditivo denominado Consolid 444 junto com o Solidry, a qual altera o comportamento do solo através de catalisadores ou pseudo-catalisadores. Os aditivos inseremse entre as partículas do solo, formando estruturas moleculares maiores, resultando em uma menor tensão superficial da água que cobre o solo, assim como, também facilitando a evaporação da água. O mecanismo de estabilização do solo ocorrerá pela formação de cátions durante a evaporação da água, levando a uma progressiva associação entre as partículas. Isso permite uma aglomeração fina (partículas de até 0,06mm) reduzindo a superfície ativa das partículas, ou seja, a superfície exterior que interage com o meio. Assim, quanto maior a aglomeração, menor será a superfície que cada partícula tem para entrar em contato com a água
(superfície específica). Ao ativar o poder de união próprio das partículas através do aumento do tamanho do grão, ocorrerá uma maior compactação do solo, permitindo uma estabilização do solo e um controle do acesso da umidade por capilaridade ou dissolução por água de chuva. O solo tratado com aditivos apresenta uma capacidade de compactação superior ao solo sem tratamento [7]. 4 PARTE EXPERIMENTAL Para a realização dos ensaios da pesquisa foi utilizado o Método Expedito de Ensaio das Pastilhas conforme a metodologia MCT. Nessa pesquisa foram utilizadas duas amostras de solo (Figura 3), sendo que a amostra 1 apresenta um comportamento não laterítico, muito expansivo, geralmente com baixa capacidade de suporte e sujeito à erosão, enquanto que a amostra 2 já apresenta um comportamento laterítico Figura 3 Amostras coletadas de solo. Foram realizadas sete dosagens porcentagens de adição de cimento e do aditivo Consolid. As dosagens usadas de cimento Portland (CP II e 32 Votoram) foram de 3%, 5% e 8%, em peso sobre a amostra seca. A dosagem do aditivo Consolid usada foram BS com 3% de T50 e 1% de Solidry, BSS com 3% de T50 e 2% de Solidry e BBS com 6% de T50 e 1% de Solidry.
Para cada amostra de solo foram feitas sete misturas diferentes, conforme a composição detalhada a seguir: -Mistura 1 (sem adição de cimento): 20 gramas de solo e 12 ml de água; -Mistura 2 (3% de cimento): 20 gramas de solo, 12 ml de água e 6 gramas de cimento; -Mistura 3 (5% de cimento): 20 gramas de solo, 12 ml de água e 10 gramas de cimento; -Mistura 4 (8% de cimento): 20 gramas de solo, 12 ml de água e 16 gramas de cimento; -Mistura 5 (BS): 20 gramas de solo, 12 ml de água, 6 gramas de T50 e 2 gramas de Solidry; -Mistura 6 (BSS): 20 gramas de solo, 12 ml de água, 6 gramas de T50 e 4 gramas de Solidry; -Mistura 7 (BBS): 20 gramas de solo, 12 ml de água, 12 gramas de T50 e 2 gramas de Solidry; Foram moldadas 3 pastilhas de cada mistura para cada período de cura que foram de 1, 3 e 7 dias, conforme mostrado na Figura 4. Figura 4: Pastilhas moldadas e deixadas para cura do cimento. A moldagem das pastilhas de solo com aditivo seguiu o procedimento recomendado por Fortes et al. [6]. A cura das pastilhas com cimento e aditivo foi realizada em câmara úmida, com umidade em torno de 98% a 100% e temperatura de 23 C (com variação de até 2 C). Foi observado que após os 7 dias de cura as pastilhas se mantiveram úmidas e que não ocorreu o aparecimento de trincas, significando que o processo de cura foi satisfatório. Foram realizadas três medidas em cada pastilha da contração (Figura 5) e obteve-se a média para a classificação preliminar.
Figura 5: Determinação da contração da pastilha. Após a determinação da contração, as pastilhas foram colocadas sobre placas porosas para simular a absorção de água da mistura (Figura 6) [6]. Figura 6: Aparato para reabsorção de água.
Após as pastilhas estarem totalmente saturadas, efetuou-se a determinação da penetração da pastilha. Para maior precisão foi utilizado um penetrômetro universal com adaptações para atender o ensaio das pastilhas (Vide Figura 7),ou seja, utilizando uma agulha com diâmetro de 1,3 mm e massa de 100g. [2, 4] Figura 7: medida da penetração na pastilha. Com os resultados do valor da penetração e da contração diametral obtidos, determinou-se a Classificação MCT Preliminar da Amostra, utilizando-se o ábaco da Figura 8. Figura 8: Ábaco de Classificação Preliminar MCT [4].
5 RESULTADOS OBTIDOS Na tabela 1 e 2 estão apresentado os resultados obtidos para o solo da amostra 1 com as 7 misturas de aditivos e amostra 2 com as 7 misturas de aditivos, respectivamente. Tabela 1- Resultados obtidos para o solo da amostra 1 comas 7 misturas de aditivos. AMOSTRA 1 Mistura Contração (mm) Penetração (mm) Classificação MCT (preliminar) 24 horas de cura em ambiente úmido (1 dia) 1 0 4,10 NA- NS 2 0,10 2,00 NA 3 0,10 1,00 NA 4 0,15 0,50 LA 5 0,10 10,00 NA- NS 6 0,10 3,00 NA 7 0,20 10,00 NA- NS 72 horas de cura em ambiente úmido (3 dias) 1 0,20 10,00 NA- NS 2 0,10 1,00 NA 3 0,10 0,50 NA 4 0,15 0 LA 5 0,20 4,50 NA-NS 6 0,10 2,00 NA 7 0,20 4,50 NA-NS 168 horas de cura em ambiente úmido (7 dias) 1 0,20 7,00 NA-NS 2 0,15 1,00 LA 3 0,15 0,50 LA 4 0,10 0 NA 5 0,25 1,00 LA-LA 6 0,15 1,00 LA 7 0,20 2,00 LA Os resultados observados na Tabela 1 estão também representados na Figura 9.
Tabela 2- Resultados obtidos para o solo da amostra 2 com as 7 misturas de aditivos. AMOSTRA 2 Mistura Contração (mm) Penetração (mm) Classificação MCT (preliminar) 24 horas de cura em ambiente úmido (1 dia) 1 0,30 1,00 LA-LA 2 0,40 0,50 LA-LA 3 0,40 0 LA-LA 4 0,20 0 LA 5 0,70 3,00 NA -NS 6 0,30 0,50 LA-LA 7 0,40 0,50 LA-LA 72 horas de cura em ambiente úmido 1 0,30 1,00 LA-LA 2 0,25 0,50 LA-LA 3 0,20 0,50 LA 4 0,20 0 LA 5 0,30 2,00 LA-LA 6 0,40 0,50 LA-LA 7 0,30 1,00 LA-LA 168 horas de cura em ambiente úmido 1 0,45 1,00 LA-LA 2 0,30 0,50 LA-LA 3 0,25 0,50 LA-LA 4 0,25 0 LA 5 1,20 1,00 LA -LG 6 0,55 0,50 LA-LA 7 0,60 1,50 LA Os resultados observados na Tabela 2 estão também representados na Figura 10. Para melhor visualização dos resultados obtidos, os valores obtidos foram plotados nas Figuras 9 e 10, para a amostra 1 e 2, respectivamente.
Penetração (mm) 0,15 0,22 0,55 0,9 1,4 Contração diametral (mm) Am. 1 0% de cimento cura: 24 horas Am. 1 0% de cimento cura: : 72 horas Am. 1 0% de cimento cura: 168 horas Am. 1 3% de cimento cura: 24 horas Am. 1 3% de cimento cura: : 72 horas Am. 1 3% de cimento cura: 168 horas Am. 1 5% de cimento cura: 24 horas Am. 1 5% de cimento cura: : 72 horas Am. 1 5% de cimento cura: 168 horas Am. 1 8% de cimento cura: 24 horas Am. 1 8% de cimento cura: 72 horas Am. 1 8% de cimento cura: 168 horas Am. 1 BS cura: : 24 horas Am. 1 BS cura: 72 horas Am. 1 BS cura: 168 horas Am. 1 BSS cura: : 24 horas Am. 1 BSS cura: 72 horas Am. 1 BSS cura: 168 horas Am. 1 BBS cura: : 24 horas Am. 1 BBS cura: 72 horas Am. 1 BBS cura: 168 horas Figura 9: Ábaco dos resultados da amostra 1 de Classificação Preliminar MCT.
Penetração (mm) 0,15 0,22 0,55 0,9 1,4 Contração diametral (mm) Am. 2 0% de cimento cura: 24 horas Am. 2 0% de cimento cura: : 72 horas Am. 2 0% de cimento cura: 168 horas Am. 2 3% de cimento cura: 24 horas Am. 2 3% de cimento cura: : 72 horas Am. 2 3% de cimento cura: 168 horas Am. 2 5% de cimento cura: 24 horas Am. 2 5% de cimento cura: : 72 horas Am. 2 5% de cimento cura: 168 horas Am. 2 8% de cimento cura: 24 horas Am. 2 8% de cimento cura: 72 horas Am. 2 8% de cimento cura: 168 horas Am. 2 BS cura: : 24 horas Am. 2 BS cura: 72 horas Am. 2 BS cura: 168 horas Am. 2 BSS cura: : 24 horas Am. 2 BSS cura: 72 horas Am. 2 BSS cura: 168 horas Am. 2 BBS cura: : 24 horas Am. 2 BBS cura: 72 horas Am. 2 BBS cura: 168 horas Figura 10: Ábaco dos resultados da amostra 2 de Classificação Preliminar MCT. 6 ANÀLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS A amostra 1 de solo sem tratamento apresentou um comportamento de solo não laterítico, com características de areia e silte, com predominância de grão de quartzo e mica. Com a adição de cimento Portland nas três dosagens avaliadas (3%, 5% e 8%), notou-se uma redução quanto à penetração, transitando entre os parâmetros NA e LA para o período de cura de 24, 72 e 168 horas. As dosagens com aditivo Consolid (BS e BBS) apresentaram um aumento do valor de penetração com exceção do aditivo BSS, o qual apresentou o menor valor de penetração.
A amostra 2 de solo sem tratamento apresentou um comportamento de solo laterítico com areia laterítica e quatzosa. Não houve alteração quanto à classificação do solo após o tratamento com cimento Portland (nas três dosagens testadas: 3%, 5% e 8%), assim como com o aditivo Consolid (nas três dosagens testadas: 3%, 5% e 8%), uma vez que o solo era de comportamento laterítico. 7 CONCLUSÕES FINAIS No solo de comportamento não laterítico, a adição de cimento Portland apresentou uma melhora na estabilização do solo mais significativa que com a utilização do aditivo Consolid. Já para o solo de comportamento laterítico não apresentou diferença quanto à estabilização quando tratado tanto com o cimento Portland quanto com o aditivo Consolid, uma vez que o mesmo já possua um bom comportamento mecânico e hídrico, não necessitando de qualquer adição para a sua estabilização. Conclui-se que a utilização de aditivos em solos requer inicialmente que se classifique o solo para verificar a necessidade ou não de adição, bem como no caso afirmativo, de uma dosagem para determinar qual a porcentagem mínima de maneira a se estabilizar o solo. A presente pesquisa demonstrou que o ensaio da pastilha, com algumas adaptações, pode ser utilizado para a finalidade de um estudo preliminar de dosagem para estabilização de solos. Observou-se que maiores dosagens de aditivos apresentaram um melhor comportamento no caso de solos com baixa estabilidade. Os autores pretendem desenvolver um trabalho de conscientização junto à comunidade, desenvolvendo uma cartilha para instrução dos moradores, com uma linguagem acessível e procedimentos de estabilização simples Referências Bibliográficas [1] Der/Sp; Consórcio Tecnosolo - Departamento De Estradas De Rodagem TCRE. Estudos Ambientais E Levantamento Do Passivo Ambiental MD-SP-055-053 120-010-S10/001.. Junho de 2001. 1 CD-ROM. [2] Fortes, R.M. - "Método Expedito de Identificação MCT de Solos Tropicais, para Finalidades Rodoviárias, Utilizando-se Anéis de PVC Rígido" - (Dissertação de Mestrado) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo PTR, Brasil, 1990, 210p. [3] Fortes, R.M. Noções de Solos, http://meusite.mackenzie.com.br/rmfortes/estradas2/4_noções_de_solos.pdf, 2002 (a). [4] Fortes, R M ; Merighi, J. V. The Use Of Mct Methodology For Rapid Classification Of Tropical Soils In Brazil Ijp - International Journal of Pavements, Vol.2, No.3, September 2003, pp.1-13.
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