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WWW.BRASILENGENHARIA.COM.BR ENGENHARIA/2011 605 COMPORTAMENTO DE SOLOS siltosos quando melhorados com aditivos químicos e orgânicos ALESSANDER C. MORALES KORMANN* BERNARDO P.J.C.N. PERNA** O presente trabalho traz um estudo do comportamento de um solo siltoso quando melhorado com nove tipos de aditivos químicos e orgânicos. Foram selecionados Terrazyme, EMC², Dynacal, Homy solo, DS-328, Ecolopavi, Lignosulfonato Vixil I, assim como a cal e o cimento. Trata-se da análise laboratorial dos resultados obtidos quando os mesmos são misturados ao solo selecionado, compactados em cavas previamente construídas no Sitio Experimental de Geotecnia da UFPR e deixados curando por trinta dias. Após esse período de cura foram retiradas amostras indeformadas a fim de realizar ensaios de granulometria, compressão simples e cisalhamento direto. O objetivo foi efetuar uma comparação dos resultados obtidos do solo aditivado com o solo puro após a realização dos ensaios CLÁUDIA CLAUMANN DA SILVA*** ROBERTA BOMFIM BOSZCZOWSKI****
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COMPORTAMENTO DE SOLOS siltosos quando melhorados com aditivos químicos e orgânicos
ALESSANDER C. MORALES KORMANN*BERNARDO P.J.C.N. PERNA**
O presente trabalho traz um estudo do comportamento de um solo siltoso quando melhorado com nove tipos de aditivos químicos e orgânicos. Foram selecionados Terrazyme, EMC², Dynacal, Homy solo, DS-328, Ecolopavi, Lignosulfonato Vixil I, assim como a cal e o cimento. Trata-se da análise laboratorial dos resultados obtidos quando os mesmos são misturados ao
solo selecionado, compactados em cavas previamente construídas no Sitio Experimental de Geotecnia da UFPR e deixados curando por trinta dias. Após esse período de cura foram retiradas amostras indeformadas a fim de realizar ensaios de granulometria, compressão simples e cisalhamento direto. O objetivo foi efetuar uma comparação dos resultados obtidos do solo aditivado com o solo puro após a realização dos ensaios
CLÁUDIA CLAUMANN DA SILVA***ROBERTA BOMFIM BOSZCZOWSKI****
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Tabela 1 - Relação de aditivos utilizados no estudo
Grupo Aditivo Dosagem utilizada
Cimento/ cal CalCimento Portland
2%, 4%,
2%, 4%
Orgânicos EMC2 Terrazyme
0,07% , 0,67%, 1,63%0,05%, 0,07%, 1,16%
Químicos com reagentes
DS-328DynacalEcolopavi
Homy SoloMoldenzol 43Rheocem 30
0,17% + 2% Cal0,67% + 2% Cal, 0,17% + 2% Cal
0,33% + 2% Cal, 0,67% + 2% Cal, 1,52% + 2% Cal0,67% + 2% Cal, 1,11% + 2% Cal
0,5% + 2% Cimento, 2% + 2% Cimento0,17%, 0,67%
Lignosulfonato Lignosofonato Vixil 2%, 4%
s aditivos são substâncias que adicionadas ao solo possuem a fi-nalidade de melhorar determinadas características, propiciando um
aumento de compacidade, redução de higroscopicidade, aumento de dura-bilidade assim como acréscimo de resistência (TECPAR, 2006).
A principal aplicação dos aditivos desde o início de seu emprego diz respeito à pavimentação, quando foram utilizados na construção de estra-das vicinais, visando o aumento da resistência e a redução do desgaste e da formação de pó das camadas de subleito e revestimento primário (TRINDA-DE, 2005). Essa aplicação não é recente, sendo que muitos aditivos foram patenteados com tal finalidade. Hoje em dia sua aplicação também tem sido direcionada ao reforço de solos frágeis (BRAZETTI, 1998).
A utilização com a finalidade de estabilização de solos de pavi-mentação, visando solucionar problemas de deslocamento em áreas in-transitáveis, foi desenvolvida inicialmente pelos americanos, durante a Segunda Guerra Mundial (desembarque de material bélico, construção de aeroportos e desenvolvimento das cidades). A utilização do cimento e da cal foi descartada nessa época devido à necessidade de transporte a grandes distâncias, além do tempo de cura demasiado longo, o que inviabilizava o processo. Dessa forma, o uso de outros tipos de aditi-vos poderia trazer benefícios ainda maiores. Segundo BRAZETTI (1998), antigamente os aditivos tinham como desvantagens a dificuldade em se realizar a mistura com o compósito, a sensibilidade ao tipo de solo, além do alto custo.
RAUCH et al (2003) citam que os aditivos na atualidade foram intro-duzidos no mercado por um número de empresas cujo objetivo central é a estabilização de solos da base e do subgrade do pavimento. Já no que diz respeito à utilização em solos que não oferecem capacidade de suporte su-ficiente para aplicações da engenharia, alguns ensaios podem ser realizados para a verificação da adequação ou não da utilização do produto.
MATERIAIS E MÉTODOS UTILIZADOS NO ESTUDO1) Solo empregado
Para a realização da pesquisa elegeu-se utilizar um solo do tipo siltoso, adquirido de uma área de empréstimo da Região Metropolitana de Curitiba, o qual foi caracterizado geotecnicamente antes da aditivação de modo a comparar o efeito causado pelas adições com os resultados do solo no estado puro (SILVA, 2007).2) Aditivos e dosagens
Os aditivos utilizados no referido estudo estão relacionados na tabela 1. Deve-se notar que alguns deles requerem uma mistura conjugada com cal ou cimento.3) Ensaios realizados
Para a determinação dos parâmetros de resistência do solo puro e do solo aditivado foram realizados ensaios de compressão simples e cisalhamento direto. Para a avaliação das modificações nos agregados de solos foram realizados ensaios de granulometria com sedimenta-ção apenas com água (sem defloculante). A quantidade de aditivo foi determinada em relação à massa de solo seco. Os componentes foram dispostos em um recipiente na seguinte seqüência: solo, aditivo mis-turado em água e, quando o produto necessitava, acrescentava-se um reagente. As amostras utilizadas nos ensaios de cisalhamento direto e compressão simples foram moldadas a partir de corpos-de-prova compactados nas condições ótimas determinadas para o solo sem adi-ção. O procedimento de ensaio de compactação seguiu as recomenda-ções da NBR-7182/86.
O
Figura 2 - Ensaio de compactação
Conforme análise granulométrica do solo puro (figura 1), o material apresenta 19% de argila, 43 % de silte e 36 % de areia, sendo com isso caracterizado como um silte areno-argiloso. No que diz respeito ao ensaio de compactação, os resultados (figura 2) mostram uma umidade ótima de 29% e massa específica seca máxima de 1,43 g/cm³. Para a caracterização de resistência do solo foram realizados os ensaios de cisalhamento direto e compressão simples. Os ensaios de cisalhamento direto foram realizados com as tensões nor-
gs
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Figura 1 - Ensaio de granulometria
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Figura 5 - Dimensões iniciais das cavas
mais de 50, 100 e 200 kPa até um deslocamento de 12 mm. A velocidade de cisalhamento aplicada foi de 0,056 mm/min. Os corpos-de-prova foram moldados no teor de umidade ótima.
Na figura 3 são apresentadas as curvas tensão-deformação e na figura 4 a envoltória de resistência para um deslocamento de 5 mm. Os parâmetros de resistência obtidos são 8,2 kPa de coesão e 28,1º de ângulo de atrito interno.O ensaio de compressão simples foi executado em amostras de diâmetro 5 cm e altura 10 cm. Foram rompidos 4 corpos de prova que apresentaram resistência média à compressão simples de 72 kPa.
Figura 4 - Envoltória de resistência ao cisalhamento do solo puro
Figura 3 - Gráfico tensão tangencial x deslocamento horizontal do Solo puro
4) Preparação das amostras Com o objetivo de proporcionar a cura do solo aditivado em ca-
racterísticas próximas às de campo, o solo foi compactado em cavas abertas no Sítio Experimental de Geotecnia da UFPR, próximo ao labo-ratório. O terreno natural consiste em uma argila bastante rija e imper-meável, características que favorecem o isolamento do material estu-dado. Para não haver contaminação com o solo natural, uma pequena camada de brita zero foi colocada no fundo das cavas. Após a cura, de no mínimo 30 dias, o material era coletado em blocos e enviado ao laboratório para análise.
As cavas para compactação tinham as dimensões: 1,0 x 0,50 x 0,30 m (figura 5) e foram abertas manualmente. Ao final do processo de escava-ção, cada cava foi medida para ter seu volume verificado (largura, com-primento e 3 medidas de profundidade). A quantidade de solo aditivado foi determinada em função do volume da cava e do peso específico seco determinado através do ensaio de compactação. Na figura 6 apresenta-se uma vista geral das cavas realizadas no Sítio Experimental da UFPR.
5) Compactação dos solos aditivados e cura dos aditivos em campoPara a compactação das cavas, o solo foi peneirado para a retirada
de pedregulhos em peneira de malha 25 mm (figura 7). Após a verifi-cação da umidade de campo e correção da umidade ótima, o aditivo foi misturado ao solo, juntamente com cal ou cimento quando reque-rido (tabela 1). A mistura foi feita sobre uma lona plástica para que não ocorresse perda de material nem a mistura com outros. Após se conseguir uma boa homogeneidade, a mistura era colocada nas cavas em 3 camadas de mesma altura. A altura final de cada camada após a compactação foi de 10 cm.
O processo foi realizado com produtos de características distintas, em diferentes dosagens para verificar sua eficiência no que diz respeito ao reforço.
Após o período de cura em campo, as amostras do solo aditivado foram retiradas, protegidas com parafina e levadas ao laboratório para a realiza-ção dos ensaios, como mostra a figura 8.
AVALIAÇÃO DOS RESULTADOSa) Granulometria
Na figura 9 são apresentadas as curvas granulométricas do solo puro e do mesmo solo com as adições estudadas neste trabalho. Ob-serva-se que, de modo geral, os aditivos químicos levam a uma menor porcentagem de finos sendo identificadas nos ensaios. Esse fato prova-velmente está associado a uma aglomeração de partículas.
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De modo geral, as adições provocam no solo a aglomeração de partí-culas e o aumento do intercepto coesivo. As adições que não provocaram o aumento da coesão foram: cimento 2%, Ecolopavi 0,67%, EMC² 1,63%, Lignosofonato Vixil nas duas dosagens 2% e 4%, Moldezol 43 0,5% e Rhe-ocem 30 0,67%.
Da mesma maneira como as adições provocaram o aumento da co-esão, praticamente todas diminuíram a resistência em relação ao ângulo de atrito. As exceções, que tiveram o valor do ângulo de atrito aumentado foram: EMC² 1,63% e Moldezol 43 0,5%.
Avaliando o ganho de resistência geral, as adições que tiveram o melhor desempenho neste tipo de solo foram: cal 4%, DS-328 0,17% e Moldezol 43 0,5%. Informações mais detalhadas podem ser obtidas em LACTEC (2009) e SILVA (2007).
c) Resistência à compressão simplesOs ensaios de compressão simples seguiram as recomendações da
Norma ASTM D 5102/96. Foram rompidos quatro corpos de prova de cada material para a obtenção da resistência média.
Nos ensaios de resistência à compressão simples, observa-se que os melhores desempenhos foram obtidos com os aditivos Homy Solo 0,67%, Ecolopavi 1,52%, DS-328 0,17%. Ainda as adições de Terrazyme 1,16%, Ci-mento 4%, EMC² 1,63%, Dynacal 0,67%, Terrazyme 0,55% e Lignosulfato VIXIL 2 e 4% apresentaram resistência superior à resistência do solo puro.
As adições realizadas com a cal 2 e 4%, cimento 2%, EMC² 0,67%, Ecolopavi e Dynacal 0,17% não mostraram melhorias de resistência das características apresentadas pelo solo sem adição (figura 11).
CONCLUSÕESNeste estudo, em linhas gerais tem-se um efeito de aumento da resis-
tência ao cisalhamento para os níveis mais baixos de tensão, e de redução da resistência para tensões elevadas. Esse efeito se traduz no aumento da coesão e redução do ângulo de atrito dos solos tratados.
O aumento da coesão mostrou-se consistente com os resultados de análises granulométricas realizadas com o solo puro e aditivado, as quais indicaram uma tendência dos agentes químicos provocarem a aglomera-ção de partículas. É possível que a queda de resistência para níveis mais al-
Figura 6 - Visão geral das cavas
Figura 7 - Peneiramento e compactação do solo
Figura 8 - Amostra de solo retirada das cavas compactadas
b) Resistência ao cisalhamentoO ensaio de cisalhamento direto com o solo aditivado foi realiza-
do utilizando-se tensões normais nominais iniciais de 50, 100 e 200 kPa. Os corpos-de-prova foram cuidadosamente moldados a partir de amostras indeformadas. Para isto foram utilizados anéis metálicos quadrados, que possuíam 100 mm de lado e 25,4 mm de altura. Uma vez moldados, os corpos-de-prova eram transferidos para a caixa de cisalhamento e inundados. A velocidade de cisalhamento aplicada foi de 0,056 mm/min. Na figura 10 os resultados dos ensaios estão re-presentados como pontos em um diagrama tensão cisalhante máxima versus tensão normal. Para efeito de comparação, são apresentadas as retas (envoltórias assumindo como válido o critério de Mohr-Coulomb) que melhor se ajustam a cada conjunto de ensaios. Para a determinação das envoltórias de ruptura foram considerados deslocamentos de 5 mm para o solo puro e para as adições estudadas.
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partículas, devido à compressão do material. Nas análises granulométricas realizadas percebeu-se que, de um modo
geral os aditivos tiveram um comportamento semelhante entre si. Com relação à resistência no ensaio de cisalhamento direto, pode-se
concluir que os aditivos Cal (4%) e DS-328 (0,17%) foram os que apre-sentaram os melhores resultados mediante comparação com o solo puro.
No ensaio de resistência à compressão simples, pode-se concluir que as adições com 0,67 % de Homy solo, 1,52% de Ecolopavi, 0,17% de DS-328, 4% de Cimento, 1,16% de Terrazyme e 1,63% de EMC² apresentaram os melhores desempenhos em relação ao solo puro.
Dentre as adições estudadas em laboratório durante o período da pes-quisa aqui descrita, de um modo geral, deve-se notar que aquelas que mos-traram potencial de melhorar as características do solo siltoso em questão, envolveram o uso de cal. Em particular, o aditivo DS-328 (com 2% de cal) mostrou bons resultados tanto nos ensaios de cisalhamento direto como nos de compressão simples.
Finalmente, não se pode descartar qualquer um dos aditivos que não apre-sentaram bons desempenhos, pois muitos fatores devem ser levados em conta. A dosagem utilizada é um bom exemplo, pois uma vez que cada fabricante sugere formas de utilização diferentes, torna-se difícil conceber uma parame-trização que permita a comparação entre o desempenho das diversas misturas.
AgradecimentosOs autores gostariam de agradecer ao Laboratório de Solos do LAME
/ LACTEC, aos fornecedores de aditivos e à COPEL pelo fornecimento de recursos necessários à execução da pesquisa.
Figura 9 - Curvas granulométricas do solo sem adição e com adição
Figura 10- Envoltórias de ruptura para deslocamento de 5 mm
Figura 11 - Comparação entre os aditivos – resistência à compressão
* Alessander C. Morales Kormann é engenheiro civil e professor adjunto da Universidade Federal do Paraná.E-mail: [email protected]**Bernardo J. P. C. N. Perna é engenheiro civil da COPEL, Curitiba, Brasil.E-mail: [email protected]*** Cláudia Claumann da Silva é engenheira Civil, professora da Pontifícia Universidade Católica do Paraná.E-mail: [email protected]**** Roberta Bomfim Boszczowski é engenheira civil da Fugro In Situ Geotecnia.E-mail: [email protected]
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS[1] BRAZETTI, R. Considerações sobre a influência de distintos aditivos orgâ-nicos nas características micromorfo-lógicas, mineralógicas, físicas, mecâni-cas e hidráulicas de um solo laterítico. Tese (doutorado em Engenharia). USP, 275 p, 1998.[2] LACTEC – Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento. Melhoria e tratamento de solos: Aplicações em fundações de torres de transmissão. Relatório Técnico. LACTEC, 185 p, 2009.[3] RAUCH, A. F.; KATZ, L. E.; LIL-JESTRAND, H. M. An analysis of the mechanisms and efficacy of three li-quid chemical soil stabilizers. Research
Report. Universidade do Texas, 2003. [4] SILVA, C.C. Comportamento de solos siltosos quando reforçados com fibras e melhorados com aditivos químicos e orgânicos. Dissertação de Mestrado, Curso de Pós-Graduação em Construção Civil, Universidade Fe-deral do Paraná, 2007.[5] TECPAR. Disponível em < http://www.sbrt.ibict.br > Acesso em 17/10/2006.[6] TRINDADE, T. P.; LIMA, D.C.; MACHADO, C. C.; CARVALHO, A. B.; SCHAEFER, C. E. G. R. ; FONTES, M. P. F.; CANESCHI, F.P. Compactação na resistência mecânica de misturas solo - RBI Grade 81. Revista Árvore, Viçosa, v. 29, nº. 4 – Minas Gerais, 2005.
