Tratamento de Solos Margosos com Cal (Solo-cal), na...

Tratamento de Solos Margosos com Cal (Solo-cal),na Execução dos Aterros e Leito do Pavimentona Execução dos Aterros e Leito do Pavimento,

no Sublanço Arruda dos Vinhos/IC11, da A10

ó íAntónio Aparício

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Tratamento de Solos Margosos com Cal (Solo-cal),na Execução dos Aterros e Leito do Pavimento,


Formações geológicas atravessadas ao longo do traçadoe materiais disponibilizados pelas Escavações.

DC – Camada superficial de Depósitos de Cobertura (0,1 « e «3,5 metros).

- Materiais de natureza silto-arenososa/argilosa.

J3c – Formação da Abadia

- Camada superior constituída por Margas amareladas muito alteradas, à superfície (2,00 « e «9,00 metros).;- Camada Inferior constituída por Margas acinzentadas compactas, pouco alteradas e rijas, com intercalações

frequentes de níveis areníticos.

Materiais com forte componente evolutiva, de fracas características mecânicas e pouco habilitados à execução dos aterros requerem a utilização de metodologias de aplicação específicas

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execução dos aterros – requerem a utilização de metodologias de aplicação específicas



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B l d T lBalanço das Terraplenagens:

Volume total de Escavação: 850.000 m3

Volume total de Aterros: 500.000 m3

Volume de Solos sobrantes: 350.000 m3

Volume de Solo-cal: 140.000 m3

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Aplicações de Solo-cal:p ç

Em Espaldares, nos Aterros Especiais At1, At2 e At3

No Coroamento dos Aterros

Em Cunhas de Aterro adjacentes aos encontros de obras de arte (Viadutos e Passagens Inferiores)

No Sub-Leito do Pavimento

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Aterros Especiais (At1 At2 e At3)Aterros Especiais (At1, At2 e At3)

Execução de espaldas em Solo-cal, com função de confinamento e impermeabilização do núcleo do aterro em margas.

Processo construtivo

• Sobre-escavação da camada superficial de depósitos de vertente

• Drenagem da fundação (trincheiras drenantes/colchão drenante)g ç ( )

• Maciço de enrocamento no pé do talude

• Aterro do núcleo em margas

• Aterro das espaldas em solo cal, na largura de 5 metros, a partir da fundação

• Acabamento pela execução de Coroamento/Sub-leito em Solo-cal (e=0 40ml) e

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• Acabamento, pela execução de Coroamento/Sub-leito em Solo-cal (e=0,40ml), e

Leito do Pavimento em Solo-cal+cimento, (e=0,40ml).



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Estudo de Formulação da Mistura de Solo-calç

Materiais utilizados:

Solos: margas amareladas superficiais muito alteradasSolos: margas amareladas superficiais, muito alteradas.

O elevado grau de fragmentação natural deste material, e consequente melhor trabalhabilidade visando a homogeneidade e mais fácilcompactação da mistura do solo com a cal, determinou a sua adopção para a execução do solo-cal, em detrimento das margas cinzentasduras.

Características tipo do Solo Natural (amostra 1, PK 3.875)

Designação Classificação Rodoviária

Granulometr.

% passada peneiro 200

Limite Liquidez

LL (%)

Limite Plasticidade

LP (%)

Índice Plasticidade

IP (%)

Eq. Areia

EA (%)

Baridade Máx. Seca

(g/cm3)

Teor Humid. Óptimo

W (%)

CBR imed

(%)

CBR 7 dias, c/ embebição

(%)

Cal: cal viva “POUZZOCAL S2”, fornecida pela “Lusical”

Argila magra c/ areia

A-7-6 85,4 45 23 22 6 1,90 14 3

A opção pela Cal viva em detrimento da Cal apagada, deve-se à i)- maior eficácia no tratamento do solo (maior percentagem de CaO),comprovada experimentalmente, ii)- maior absorção da àgua do solo e mais fácil controlo do teor de humidade do mesmo; iii)- maiordensidade e maior economia nos custos de transporte e de stickagem.

Especificações da Cal em aplicações rodoviárias, definidas em (1) recomendações da SETRA-LCPC-1972 e (2) recomendações do comité Técnico nº 12 da PIARC-1990.

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Técnico n 12 da PIARC 1990.



Estudo de Formulação da Mistura de Solo-calEstudo de Formulação da Mistura de Solo cal

Foram ensaiados provetes com percentagens de cal de 2, 2.5, 3, 3.5 e 4%.

Designação Classificação Rodoviária

Granulometr.

% passada peneiro 200

Limite Liquidez

LL (%)

Limite Plasticidade

LP (%)

Índice Plasticidade

IP (%)

Eq. Areia

EA (%)

Baridade Máx. Seca

(g/cm3)

Teor Humid. Óptimo

W (%)

CBR imed (w+2%)

(%)

CBR 7 dias, c/ embebição

(w+2) (%)

A ilArgila magra c/ areia

(Solo Natural)A-7-6 (13) 85,4 45 23 22 6 1,90 14 3

Solo-cal 2,5% A-4 (8) 97,8 40 35 5 24 1,71 16,8 26 34

Solo-cal 3,0% A-5 (8) 77,5 41 32 9 21 1,83 17,1 29 48

Solo-cal 3,5% A-4 (4) 53,1 40 31 9 23 1,85 14,8 35 67

A opção de utilização recaiu na percentagem de cal de 3%, por imposição mínima do PE.

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Características mínimas do solo tratadoCaracterísticas mínimas do solo tratado

Solo-Cal, em aterros, coroamentos e sub-leitos do pavimento:

Espessura da camada em aterro – 0,25ml

Percentagem mínima de cal – 3%

IP máximo – 15%

Eq. Areia mínimo – 20%

CBR imediato, a 95% comp. relat. e Wopt. – mín. 18%

Expansibilidade relativa máx. - 2,0%

CBR aos 7 dias c/ embebição, a 95% comp. Relat. Wopt.+1% – mín. 15%

Grau de compactação mínima – 97%

Módulo de deformabilidade EV2 (coroamentos e sub-leitos do Pav.) à superfície da camada (e 0 40ml) 40MPa

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(e=0,40ml) - 40MPa



Características mínimas do solo tratadoCaracterísticas mínimas do solo tratado

Solo-Cal+cimento, no leito do pavimento:

Grau de compactação – 95%

Percentagem mínima de cimento – 3%

IP máximo – 10%

Eq. Areia mínimo – 20%

Expansibilidade relativa máx. - 1,5%

CBR aos 7 dias c/ embebição, a 95% comp. Relat. Wopt.+1% – mín. 40%

Grau de compactação mínima – 97%Grau de compactação mínima 97%

Módulo deformabilidade EV2 (coroamentos e sub-leitos do Pav.) à superfície da camada (e=0,40ml) - 120MPa

Resistência à compressão simples aos 7 dias – 2,0 MPa

Resistência à compressão diametral aos 28 dias – 0,25 MPa

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Execução e ControleExecução e ControleTrechos Experimentais:

Foram realizados trechos experimentais para as misturas de Solo cal e de Solo cal+cimento tendo emForam realizados trechos experimentais para as misturas de Solo-cal e de Solo-cal+cimento, tendo emvista determinar as condições de execução das misturas em conformidade com os respectivos estudos deformulação.

Realização dos trabalhos:

Preparação do solo em camada:Preparação do solo em camada:Espalhamento em camada com espessura constante (e=0.25ml, após compactação), na largura projectadade 5ml mais sobre-largura de construção, e prévia escarificação em toda a altura da camada, com remoçãode detritos e fragmentos de rocha » 70mm;

Aferição, na hora (método speedy), do teor de humidade do solo , com o objectivo de determinar aç , ( p y), , jeventual necessidade da sua correcção (2% acima do teor óptimo de compactação), pela introdução deágua durante o processo de mistura.

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Execução e ControleExecução e ControleRealização dos trabalhos:

Espalhamento da Cal (cal viva pulverizada):Espalhamento da Cal (cal viva pulverizada):Espalhamento uniforme com equipamentos mecânicos (espalhadora do tipo “PANIEN”, com capacidade para 12 tn de cal);

A quantidade de cal aplicada é controlada pela recolha de amostras durante o espalhamento, por intermédio de caixas de recolha c/ área de 1 0m2 e determinação da % de cal aplicada;intermédio de caixas de recolha c/ área de 1,0m2, e determinação da % de cal aplicada;

A existência de vento forte no momento do espalhamento da cal poderá implicar a suspensão dos trabalhos;

Mistura:Mistura por intermédio de misturadora mecânica tipo “HAMM RACO”, com duas passagens do equipamento;

A fresagem deverá abranger a espessura total da camada em execução e penetrar ligeiramente na camada inferior para garantir uma boa ligação entre ambas e garantir que todo o material da camada foi processado;

Eventual introdução de água pela própria misturadora, para rectificação do teor de humidade da mistura;

O equipamento de mistura não promove a fragmentação do solo da camada pelo que este parâmetro tem

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O equipamento de mistura não promove a fragmentação do solo da camada, pelo que este parâmetro tem de ser assegurado na fase anterior.



Execução e ControleRealização dos trabalhos:

Regularização e Compactação:Regularização da camada c/ moto niveladora;

Compactação, pela passagem de cilindros vibradores de rasto liso na fase inicial, e finalização com cilindros de pneus, nas condições determinadas no aterro experimental (6 a 8 passagens);

Cura:O normal desenvolvimento das reacções pozolânicas do solo com a cal, que integra o processo de cura, deverá decorrer a temperaturas ambientes superiores a 4º, e por um período de 3 a 7 dias;

A cura da camada estabilizada deve ser asssegurada pela aplicação de uma camada de impermeabilização que normalmente consiste numa rega betuminosa (betume fluidificado ou emulsão aniónica);

Na obra, este procedimento foi implementado durante a realização das camadas de coroamento e do sub-leito e leito do pavimento. Na execução dos aterros, essa prática foi dispensada, desde que a camada acabada fosse de imediato coberta com os solos destinados à execução da camada seguinte.

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Execução e ControleExecução e ControleRealização dos trabalhos:

Segurança:A manipulação da cal, e em particular, da cal viva, exige cuidados especiais de protecção, que envolvem o recurso a vestuário e calçado de protecção integral óculos com protecção lateral máscara filtrante ligeirarecurso a vestuário e calçado de protecção integral, óculos com protecção lateral, máscara filtrante ligeira, e o revestimento das partes expostas da pele com creme protector;

Os equipamentos em operação, deverão estar equipados com cabinas fechadas.

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Execução e ControleExecução e ControleControle da execução:

Medição da humidade natural do solo antes da aplicação da cal “speedy”;Medição da humidade natural do solo, antes da aplicação da cal - speedy ;

Homogeneidade da mistura - ;

Dosagem da cal; Caracterização da cal (granulometria, teor em CaO);

Espessura da camada estabilizada;

Compactação - “Garrafa de areia”, “Gamadensímetro”;

Resistência – “CBR” e “Resistência à compressão simples” e à “compressão diametral” (ASTM D5102-90), em provetes cilíndricos realizados nos moldes de compactação leve moldados em laboratório a partir de amostras recolhidas in-situ;cilíndricos realizados nos moldes de compactação leve, moldados em laboratório a partir de amostras recolhidas in situ;

Deformabilidade (coroamantos, sub-leito e leito do pavimento) – ”Ensaio de Deflexão (ensaio de carga com placa)”;

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Leito do Pavimento em Solo-Cal+CimentoLeito do Pavimento em Solo Cal+Cimento

O trecho experimental para a realização desta camada, foi efectuado na plataforma da auto-estrada, ao nível da 2ª camada dosub-leito.

A transposição para o terreno da formula de trabalho obtida no respectivo estudo laboratorial (3% de cal + 3% de cimento), foimal sucedida, porquanto ocorreram as seguintes situações:

- Má trabalhabilidade do material após a mistura do cimento, que se reflectiram na dificuldade em proceder à regularização edesempeno da superfície final, e na obtenção de valores de compactação inferiores ao mínimo fixado de 97%, na parte inferiord dda camada;

-- Fendilhação extensa e profunda, de expressão inusitada, contrariando o conceito de estanqueidade e protecção contra águaseventualmente provenientes da parte superior da plataforma;

-- Dificuldade na obtenção da resistência à compressão simples definida em projecto (2 MPa aos 7 dias). A a eventual permutana formula de trabalho do cimento tipo II por tipo I, agravaria os fenómenos de fendilhação;

Pouca adequação das margas ao tratamento com cimento heterogeneidade destes materiais condicionamentos de naturezaPouca adequação das margas ao tratamento com cimento, heterogeneidade destes materiais, condicionamentos de naturezaclimatérica relacionados com as altas temperaturas do periódo estival, onerosidade, complexidade e elevado potencial deinsucesso, foram outras razões que prevaleceram no sentido de se considerar uma solução de trabalho alternativa.

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Leito do Pavimento em Solo-Cal+CimentoLeito do Pavimento em Solo Cal+Cimento

Solução alternativa

Com base na constatação de que a camada de Solo-cal apresentava valores do Módulo de DeformabilidadeEV(2) c/ variação entre 90 e 160 MPa, e médias entre 100 e 135 MPa à superfície do Sub-leito,(correspondentes, na prática, aos valores de resistência definidos para o Leito do Pavimento, Ev(2) min.-120MPa), foi apresentada pelo Empreiteiro e aceite, uma proposta de alteração que preconizava oseguinte:seguinte:

- Substituição da camada inferior do Leito (e=0,20ml), por camada na mesma espessura em Solo-cal,com as mesmas características das anteriores;

- Execução da camada superior do Leito do Pavimento (e=0,20ml) por uma camada na mesma espessuraem “Agregado Britado de Granulometria Extensa.

A verificação da capacidade de carga da plataforma do Sub-leito foi verificada por intermédio de ensaiosde carga com “placa” e com o medidor de capacidade de carga “em contínuo (Portancemétre)”.

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Entidades em Obra:

Dono de Obra – BAE, Brisa Auto-Estradas

Fiscalização – BAE, Brisa Engenharia e Gestão

Projectista – CenorplanProjectista Cenorplan

Empreiteiro – Consórcio C Tâmega/Zagope

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FIM

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