Estabilização de solos para pavimentação

RESUMO

Para estabilizar os solos são utilizados métodos que podem ajudar a melhorar a qualidade do pavimento, dessa forma prolongando a vida útil das estradas, rodovias e ruas de bairros. A estabilização é necessária devido à instabilidade do solo dependendo de sua propriedade, então foram apresentados alguns métodos de estabilização tais como: mecânico e químico. Ambos os métodos são extremamente ficásseis, porém os valores diferem dependendo da área e quantidade utilizada.

Abstract: To stabilize the soil, methods ate used that can help to improve the quality of the pavement, thereby prolonging the useful life of roads, highways and neighborhood streets. Stabilization is necessary due to the instability of the soil depending on its property, so some stabilization methods have been presented such as mechanical and chemical. Both methods are extremely feasible, but the values differ depending on the area and quantify used.

INTRODUÇÃO

Desde sempre as estradas são usadas na humanidade para atravessar grandes extensões territoriais, ou simplesmente para ligar dois trechos curtos ou longos permitindo assim o deslocamento de pessoa, veículos ou até mesmo, animais. Em sua maioria com finalidade política, militar, religiosa ou comercial. Apesar da pré-existência de estradas como a Semíramis 600 a.C., a Real 500 a.C., a Susa 300ª.C. e outras, o início do planejamento e construção viária foi atribuído ao imperador romano Otaviano Augusto, no ano 27 a.C. (BERNUCCI et al., 2008). A pavimentação de uma área é importante para garantir conforto e segurança no deslocamento pelas cidades e rodovias de todo o país. Para que seja feita de maneira efetiva e que haja durabilidade são necessários estudos do solo que servirá como base para o futuro projeto em questão. Estudo este, que será primordial para a determinação do tipo de material a ser empregado na pavimentação e de que maneira será feita a estabilização do solo. O pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas executadas sobre a superfície final de terraplenagem, destinada a resistir aos esforços provenientes do tráfego e do clima, além de proporcionar aos usuários conforto, economia e segurança nas condições de rolamento. A matéria prima de execução das camadas de corpo de aterro, subleito, reforço do subleito, sub-base e base é o solo (BERNUCCI et al., 2008). Com o passar do tempo, o investimento em construção de infraestrutura rodoviária se disseminou por todo o mundo. No ano de 2015, aproximadamente R$ 6,3 bilhões de reais oriundos dos recursos públicos foram destinados ao modal rodoviário no Brasil. Atualmente, assim como em épocas anteriores, muitas vezes o solo encontrado no local da obra não é de boa qualidade, e por esse motive adotam-se diferentes alternativas a fim de suprir as principais deficiências. Ou seja, trazendo isso para as obras rodoviárias, todas estão sujeitas a uma variação de materiais no mesmo projeto, e é comum encontrar materiais de má qualidade que não atendam às exigências para aplicação no pavimento. Os esforços para tornar esses materiais viáveis na sua utilização levaram ao desenvolvimento e aplicação de métodos de estabilização de solos. Um dos métodos de estabilização utilizado na pavimentação é a estabilização química, que ocorre através da inserção de um aditivo ao solo. Os aditivos mais utilizados na pavimentação brasileira são o cimento Portland e a cal hidratada. Considerando que os materiais obtidos na mesma jazida possuem características diferentes, o solo apresenta características instáveis. Dessa forma, é necessário encontrar compostos que possam ser adicionados para melhorar as propriedades do solo, a isto se da o nome de estabilização. A estabilização consiste no tratamento do solo, por um processo mecânico, ou químico, tornando-o estável para os limites de sua utilização, e permanecendo assim, mesmo sob a ação de cargas exteriores e ações climáticas (BATISTA, 1976). Entre os principais métodos de estabilização de solos temos a compactação, a correção granulométrica e a adição de estabilizantes químicos; estes podem ser usados individualmente ou em conjunto. A escolha do tipo de estabilização leva em consideração a viabilidade técnica e econômica, e para isso é necessário conhecer bem os métodos de estabilização de solos, dos mais “simples” ao mais “complexo” disponível no mercado. Portanto, este artigo apresenta definições, classificações, tipos de estabilização e estabilizantes.

METODOLOGIA

Solos

Na perspectiva de Das (2007, pg.1), o solo é definido como um agregado não cimentado de grãos minerais e matéria orgânica decomposta (partículas sólidas), com líquidos e gás nos espaços vazios entre as partículas sólidas. Sendo que o conhecimento de propriedades como origem, distribuição dos grãos, capacidade de drenagem, compressibilidade, resistência ao cisalhamento e capacidade de carga são de suma importância para que os engenheiros civis possam aplicas os conceitos de Mecânica dos Solos em obras. A composição mineralógica de um solo, dentre outros fatores, depende do seu processo de formação, ou seja, do tipo de intemperismo sofrido, por isso algumas variações e peculiaridades são resultados da ação do clima da região em que o solo está situado. (NOGAMI & VILLIBOR, 1983). Em regiões de clima tropical úmido por exemplo, onde há a combinação de alta temperatura e alto nível pluviométrico, o intemperismo predominante é o químico. A desagregação da rocha-matriz é processada principalmente por reações químicas promovidas em presença de água, o que resulta em solos mais espessos, com partículas menores. Já em regiões de clima temperado o processo mais comum é o intemperismo físico, com isso, a formação dos solos ocorre pela ação de gelo e degelo da água que passa pelas rochas, em que com o tempo leva a quebra da superfície rochosa em partículas menores. Por isso, é comum que os solos dessas regiões apresentem um perfil pouco espesso.

ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS

A pavimentação envolve o uso de solos para diferentes camadas de sua composição. Para melhor desenvolvimento da obra e um custo menor, o ideal, seria utilizar o solo já existente no local da obra. Entretanto, em muitos casos os solos presentes no local não atendem as especificações mínimas exigidas para a utilização. Diante disso, surgiu a necessidade de criar métodos para que o solo fique o mais adequado possível para sua aplicação, ou seja, a estabilização do solo. Estabilizar um solo significa dar a ele condições de resistir a 27 deformações e ruptura durante todo o período em que sua função exija atender a tais características. Ainda segundo o autor, as principais características que um solo estabilizado deve apresentar é resistência ao cisalhamento e à deformação, para que, quando sujeito a tensões, estes resistam sem que se rompam.(SENÇO, 2001) A estabilização de solos é uma prática milenar, desenvolvida a princípio de forma rudimentar, foi sendo transformada com o tempo. Tem sido considerada a principal preocupação dos pesquisadores das áreas que buscam por soluções mais eficientes e econômicas. É um processo realizado para estabilizar e suplementar as propriedades de resistência do solo, maximizando a adequação deste para um determinado uso. Conforme os autores tradicionais, a estabilização do solo pode ser realizada por métodos mecânicos ou químicos (LAUFER, 1967; MOUSAVI et al., 2017).

Estabilização Mecânica

A estabilização mecânica de solos é considerada o método mais utilizado e mais antigo na construção de estradas, é o processo de melhoria de suas características e propriedades originais por meio da alteração que densifica do solo por esforços de compactação ou por meio da adequação da granulometria com a mistura de outros solos, tornando o contato grão-grão mais efetiva. A seguir, a figura 1 mostra um exemplo de estalibização mecânica de solos. Figura 1. exemplo de estabilização mecânica. Através de uma energia externa de compactação aplicada ao solo, é possível diminuir o número de vazios do solo, desta forma, inibindo a percolação da água e a erosão provocada por ela, aumentando a densidade, a durabilidade, a compacidade, e, consequentemente, a resistência mecânica do solo. O método de estabilização por compactação é responsável pela melhoria da estabilidade mecânica de maior parte dos tipos de solo, no entanto, existem casos em que a compactação sozinha não é suficiente, e passa a ser usada em conjunto com outros métodos de estabilização (LITTLE, 1995; MEDINA et al., 2005; SANTOS, 2012). Por outro lado, a correção granulométrica diz respeito a combinação e mistura de dois ou mais tipos de solos, em proporções adequadas para obtenção de um material homogeneizado, bem graduado, com porcentagem limitada de partículas finas e posterior compactação. Este processo tem como finalidade garantir a estabilidade do solo e o aumento da resistência mecânica (VILLIBOR, 1982).

Estabilização Química

Esta outra técnica visa a melhoria das propriedades físicas e mecânicas do solo, por meio de alteração da estrutura do mesmo com o uso de aditivos, que podem ser dos mais variados tipos e nem sempre são materiais comuns ao uso da construção civil. Como aditivos para estabilização química, podemos citar: cimento, cal, produtos industrializados como o CON-AID®, PERMA-ZYME®, ou até mesmo resíduos industriais. Na figura 2 mostra um exemplo de estabilização química de solos. Figura 2. Exemplo de estabilização química de solos. Para a execução de uma estabilização de solo bem-sucedida, é necessário a realização de ensaios laboratoriais e testes de campo, embora os ensaios de laboratório resultem em resistências maiores do que o material correspondente do campo, eles ajudam a avaliar a eficácia dos materiais estabilizados em campo e auxiliam na determinação do tipo de estabilizante e de sua quantidade. Estabilidade, força, compressibilidade, permeabilidade e durabilidade do volume são as propriedades do solo que mais interessam aos engenheiros, e a compreensão destas características é crucial para obter a estabilidade do solo (MAKUSA, 2013).

ADITIVOS ESTABILIZANTES

Já foi dito neste artigo que a estabilização química pode ser feita com diferentes tipos de aditivos, como exemplo a cal, o cimento, a emulsão betuminosa, pozolanas, produtos industriais e resíduos industriais. Este tópico foi criado para que pudéssemos conhecer as soluções técnicas tradicionais já usadas atualmente, e talvez conhecer novas técnicas de pesquisa nessa área em que a construção civil e engenharia de transportes atuam e adotam para a estabilização de solos em obras rodoviárias.

Cimento

Os principais estabilizantes químicos utilizados nos solos é o cimento Portland e a cal hidratada. O cimento confere ao solo ganho de resistência imediata e ao longo do período de cura (28 dias), em função do processo de formação de componentes e da hidratação do cimento. Os efeitos de sua utilização se apresentam como aumento da resistência da mistura, redução da plasticidade do solo, melhora da trabalhabilidade e redução da variação volumétrica (expansibilidade e compressibilidade). O ganho de resistência pode ser mais rápido, quando a mistura é exposta a temperaturas mais altas, entretanto, a secagem pode comprometer a hidratação do cimento. A estabilização com cimento Portland pode ser indicada para uma grande diversidade de solos, mas sua aplicação mais comum é destacadamente aos solos granulares (INGLES & METCALF, 1972; LITTLE & NAIR, 2009; EREN & FILIZ, 2009). A estabilização de solos com cimento refere-se à mistura homogênea entre o solo, o cimento e a água, posterior compactação e cura; a dosagem usada geralmente é determinada a partir de ensaios padronizados pela Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) e pela NBR 12253/93 Solo-cimento – Dosagem para emprego como camada de pavimento (FRANÇA, 2003). No Brasil esta técnica teve início em 1940, e está subdividida nas seguintes categorias (MEDINA, 1987):  Solo-cimento: Mistura homogênea de solo, cimento portland e água, compactada mecanicamente e endurecido por cura. O endurecimento pode ser avaliado por critérios de durabilidade e resistência à compressão simples de corpos de prova. É utilizado comumente como base ou sub-base;  Solo modificado com cimento: Mistura com baixo teor de cimento que dá origem a um material semiendurecido, com a finalidade de corrigir determinadas propriedades físico-químicas do solo, como a expansibilidade, a plasticidade ou a capacidade de carga. Pode ser usada em base, subbase ou subleito;  Solo-cimento plástico: Mistura com consistência de argamassa devido a maior quantidade de água. Geralmente é utilizado para revestimento de valas, canais e taludes. A escolha do tipo de ciumento vai depender muito do tipo de solo a ser tratado. Em se tratando da dosagem, pode ser determinada através do Método Simplificado, uma metodologia empírica, que utiliza tabelas e ábacos, que estima o teor para cada tipo de solo, levando em consideração a sua resistência à compressão e teor de água (SENÇO, 2001). Ainda de acordo com este autor, é interessante saber que o material que mais se deve controlar aqui é o solo, devido a sua heterogeneidade.

Cal

A estabilização com cal altera o limite de consistência do solo e melhora sua trabalhabilidade. Devido ao seu mecanismo de reação com o solo, que torna-o impermeável e aplicável para uso em bases de pavimentos urbanos e rodoviários, melhorando assim a relação custo x benefício, que visa aproveitar o solo e conferirlhe maior capacidade de resistir a carregamentos e intempéries. Ao contrário do solocimento, as misturas estabilizadas com cal geralmente apresentam ganhos de resistência durante longos períodos de cura. Essa particularidade é atribuída à reação pozolânica no solo-cal, que geralmente leva mais tempo para processar.. A aplicação dessa técnica é mais eficiente em solos de granulometria fina, pois as alterações de textura e a cimentação das partículas do solo é resultado da reação da cal com os argilominerais presentes na parcela fina da granulometria.

Cinza Volante

A cinza volante é um tipo de pó mineral fino, composto principalmente de pequenas partículas esféricas, que é causado pela fusão e calcinação de impurezas minerais incombustíveis contidas no carvão após serem queimadas em alta temperatura e alta pressão. Por terem fortes propriedades pozolânicas, essas cinzas são geralmente consideradas aditivos em argamassas e concreto e são valorizadas, por isso são as pozolanas e aditivos artificiais mais comuns em muitos produtos Geralmente, a cinza volante é classificada em dois tipos: C ou F. As cinzas volantes pertencentes à classe C possuem propriedade autocimentante devido à considerável presença de CaO livre. Parte da mistura solo-cinza volante classe C apresenta processo de hidratação semelhante ao do solocimento, enquanto a outra parte apresenta reações pozolânicas. O uso de cinzas volantes da classe C pode aumentar a resistência, rigidez e durabilidade dos solos estabilizados. Já as cinzas volantes classe F, por não apresentarem quantidade satisfatória de CaO livre, dependem da adição de outro aditivo com característica cimentante para a estabilização dos solos (MISRA, 1998; LITTLE et al., 2000). Outros tipos de estabilizadores usados no solo são resíduos industriais. Alguns resíduos apresentam uma boa interação com o solo, alguns resíduos após a mistura são mais eficazes sob a ação de agentes cimentantes (cimento Portland ou cal). As pesquisas e a diversidade de resíduos são numerosas, mas, pode-se citar trabalhos como o de Bueno (1996), com misturas de solo-vinhoto (resíduo da indústria açucareira), e também o de Silva Júnior (2010), com misturas de solo-cal e resíduos da fabricação de papel.

CBR PLUS 

Considerado como um nanopolímero, é um composto orgânico iônico sintético, derivado do ácido sulfónico, de fórmula geral RSO3H, onde R é um radical orgânico. Pesquisas sobre a aplicação de CBR PLUS na estabilização de argila ainda são bem poucas. A adição de CBR PLUS tem for finalidade transformar a natureza hidrofílica da argila em hidrofóbica, através da formação de camadas oleosas nas partículas de argila e na superfície do solo (MOUSAVI et al., 2017). O CBR PLUS pode ser usado para estabilizar outros tipos de solos, mas para isso é obrigatório que tenham o índice de plasticidade (PI) maior que 11, e possua em sua constituição um mínimo de 15% de argila. É fabricado com o objetivo melhorar as propriedades dos solos naturais, como: Aumento do Índice de Suporte Califórnia (CBR), aumento da densidade aparente, aumento da resistência a compressão, redução da expansão, diminuição do Índice de plasticidade. Devido ao fato do solo estabilizado com CBR PLUS poder ser usado como camada de rolamento, conta ainda com a redução do desprendimento e controle do pó, e diminuição da formação de buracos e lama (MOUSAVI et al., 2017).

CONCLUSÕES

Conclui-se que os estudos e explicações mostradas nesse artigo têm como finalidade mostrar métodos que possam resolver problemas caso eles aparecem ou sana-los antes de acontecer. Através disso foram listados dois tipos de estabilizações (mecânica e química) e sugeridas através das explicações suas qualidades e utilidades que possam vi a servir de forma correta aos engenheiros de transportes com ênfase em obras de pavimentação de modo geral. Entretanto, ainda existem diversos estudos que estão sendo realizados e que a cada dia que passa aparece novos métodos e tecnologias que visam a melhoria dos nossos serviços. 

REFERÊNCIAS

ALSAFI, S.; FARZADNIA, N.; ASADI, A.; HUAT, B. K. Collapsibility potential of gypseous soil stabilized with fly ash geopolymer; characterization and assessment. Construction and Building Materials, v. 137, p. 390–409, 2017.

BATISTA, C. F. N. Ensaios Fundamentais para a Pavimentação e Dimensionamentos dos Pavimentos Flexíveis. Vol. 1, 2ª Edição, Editora Globo, Porto Alegre, RS, 1976.

BERNUCI, Ll. B; mota, l. M. G; CERATI, J. A. P; SOARES, J. B. Pavimentação Asfáltica: Formação Básica para Engenheiros. Petrobras: ABEDA, Rio de Janeiro, 2008.

CHOOBBASTI A. J.; KUTANAEI S. S. Microstructure characteristics of cementstabilized sandy soil using nanosilica. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, JRMGE 361, (2017), doi: 10.1016/j.jrmge.2017.03.015.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Guia básico de utilização do cimento Portland. São Paulo, 2002 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT): NBR 12253 – Solo-cimento: Dosagem para o emprego como camada de pavimento. Procedimento. Rio de Janeiro, ABNT, 1992.