UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS...

Aula 05 – SOLO CAL

Eng. Civil Augusto Romanini (FACET – Sinop)

Sinop - MT

2017/1

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO

CAMPUS DE SINOP

FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

TÉCNICAS DE MELHORAMENTO DE SOLOS

Apresentação da disciplina

Aula 01 – Solos Tropicais

Aula 02 – Estabilização Mecânica Aula 03 – Estabilização Granulométrica

Aula 04 – Estabilização Solo Cimento Aula 05 – Estabilização Solo - Cal

Aula 07 – Estabilização Solo - Betume Aula 08 – Estabilização – Compostos orgânicos

Aula 09 – Estabilização – Solo Bentonita

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Aula 06 – Práticas de campo

Aula 10 – Solo Reforçado com Fibras Aula 11 – Estabilização de Solos moles

AULAS

Aula 00 – Apresentação/Introdução

Parte II – Métodos Especiais

Parte IA – Métodos Tradicionais Básicos

Parte IB – Métodos Tradicionais Básicos

Parte I – Métodos Tradicionais Básicos

SOLO CAL

Solo-Cal Contexto Histórico

O uso de misturas solo – cal é recorrente a cerca de 5000 anos. Na Roma

antiga o uso para fins rodoviários ocorre a cerca de 2000 anos.

Os Estados Unidos da América em 1924 e a antiga União Soviética em 1926,

também utilizaram a técnica solo-cal.

A partir da Segunda Guerra Mundial ocorreu uma padronização do processo e

sua respectiva utilização:

USA: a utilização consistia na melhoria de cascalhos argilosos e tratamento de

subleitos para funcionar como sub-base.

Europa: utilizado para melhorar a trabalhabilidade de solos muito úmidos

África : melhoria na existência e tratamento da expansão de solos.

No Brasil, o uso ocorreu apenas a partir da década de 1960.

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Semelhante ao uso de cimento, mas ocorreu principalmente de forma

experimental.

SOLO CAL

Como a utilização de cal em misturas é semelhante a utilização do cimento.

Tendo assim, nomenclaturas semelhantes:

Situações gerais:

• Estabilização do subleito: 3 a 6%.

• Estabilização da base ( sub- base e reforço): 2 a 4%

• Solo - cal: 5% a 6% - Predomínio da pozolanização.

• Solo melhorado com cal: modificação na plasticidade e sensibilidade a

água: 0,5% até 2 %

• Modificação de solos pela adição do cal: umidade excessiva – Cal virgem

Situações especificas:

• Estabilização profunda: injeção de cal sob pressão (controle da expansão

de solos instáveis)

• Colunas de solo-cal: diminuem os recalques.

• Lime Slurry Pressure Injectios – LSPI: forma uma rede de sustentação.

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Solo-Cal Conceito Inicial

SOLO CAL11/05/2017 5

De acordo com o grau de estabilização e em função dos materiais utilizados, Little (1995) classifica a estabilização

com cal em três técnicas descritas na continuação:

Estabilização do Subleito: refere-se à estabilização in loco de solos finos do subleito ou

materiais de empréstimo utilizados como sub-bases, como por exemplo, argilas e siltes de

baixa capacidade de suporte. Essa técnica permite obter uma plataforma de trabalho para a

construção das próximas camadas de pavimentos, e em alguns casos pode ser considerada

como uma camada estrutural que contribui para o alivio de tensões e deformações. Para obter

o teor ótimo de cal a ser utilizado nessa técnica são utilizados ensaios laboratoriais empíricos.

Estabilização da Base: essa técnica implica a melhora da resistência do solo, considerado

inapropriado a princípio para a construção de bases de pavimentos. Os materiais utilizados

podem ser misturas de agregados graúdos com argila, agregados sujos ou outros materiais

com excessos de finos passando na peneira de No. 40. O teor de cal utilizado é determinado

em laboratório através de ensaios que permitam avaliar o ganho de resistência.

Modificação dos solos: nessa técnica objetiva-se melhorar a trabalhabilidade dos

materiais por meio da adição de pequenas quantidades de cal. A modificação dos solos é

empregada nos casos em que pretende-se:

• Facilitar a compactação em áreas muito úmidas;

• Facilitar o passo da construção através de subleitos moles;

• Prover uma plataforma de trabalho para as camadas subsequentes;

• Tratar o solo para facilitar a adição de outros agentes estabilizantes, como cinzas ou

cimento Portland.


SOLO CAL11/05/2017 6

Segundo Baptista (1976), a estabilização de solos com cal é um método que visa melhorar

permanentemente as características do solo, aumentar a resistência à ação da água e incrementar a

capacidade de suporte. Os materiais componentes deste método são: a cal, o solo e a água.

Mistura

Compactação

Aumento de ResistênciaTrabalhabilidadeMelhor resposta á ação

da água

Solo Cal Água

Cimentação

As vezes só

ocorre

pulverização


SOLO CAL

Cales Utilizadas:

Virgem (viva)

Hidratada(extintas)

Residual

Hidráulica

Cal de carbureto

Riscos Operacionais

Economia X Qualidade

Não aceita no mercado

Melhor Cal?

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SOLO CAL

Cales Utilizadas:

Hidratada(extintas)

Melhor Cal?

Cal Hidratada Calcítica

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Cal Hidratada Dolomítica


SOLO CAL

Troca catiônica - Floculação

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Partícula de

argilaÍons de sódio

Água dipolar

Espaçamento

original

Face negativa

da partícula de

argila

Íons de cálcio

Redução do

espaço

depois da

reação com

água na

camada.

Solo-Cal Reações

SOLO CAL

Reações Troca catiônica - Floculação

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Solo-Cal Reações

SOLO CAL

Reações Pozolânicas

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Solo-Cal Reações

Cimentação de

material devido

a hidratação

Cimentação de

material devido as

reações

pozolânicas (C-S-H

e C-A-H)Ligações

CimentadasHidróxido de Cálcio

gerado por cimento ou

cal

SOLO CAL

Reações Pozolânicas

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Cal externa

Cal Interna

Cimento externo

Cimento interna

Dias ( Escala Log)

% d

e H

idró

xid

o d

e c

álc

io

Ganho de partículas de cálcio em uma argila com grumos estabilizado com 3% de

cal e 3% de cimento.

Solo-Cal Reações

SOLO CAL

Reações Cal Viva CaO

Hidratação

Troca iônica

Cimento Natural

Cimentação

CarbontaçãoCarbontação

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Solo-Cal Reações

SOLO CAL

A aplicação da técnica solo cal pode ser como agente estabilizante principal ou

secundário (Benefícios e mecanismos de estabilização como as trocas iônicas,

carbonatação e pozolanização.) São fatores que influenciam:

Propriedades naturais do solo

Mineralogia

Minerais que favoreçam as reações pozolânicas ( montimorilonita)

Solos tropicais – Baixa ocorrência dos grupos minerais, e acidez.

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A estabilização com cal é mais efetiva em solos que apresentam elevado conteúdo de argilas,

especialmente se são do tipo montmorillonita. De modo geral, as areias não reagem com a

adição de cal hidratada devido à ausência de argilo minerais. Contudo, misturas de solo areia e

até solo agregado podem ser estabilizadas com cal, desde que apresentem quantidades

adequadas de argilas reativas .

Solo-Cal Aplicações

Solo Argilosos/ Siltosos

Minerais Reativos

Tipo e teor de calTempo e condições de cura

Reatividade do solo

Temperatura e umidade

Matéria orgânicas Compactação

SOLO CAL

Propriedades naturais do solo

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A adição de cal em solos argilosos é o mais comum, uma vez que acredita – se que quanto

mais plástico o solo o número de benefícios e/ou melhoria em decorrência a adição do

elemento químico será maior. Solos com granulometria média, moderadamente fina ou fina

também tem usos com restrições, principalmente em decorrência da reações.

Plasticidade

Expansibilidade

Trabalhabilidade

Resistência

Efeitos positivos: Efeitos negativos:

O melhoramento da trabalhabilidade

ocorre com adição de Cal, mesmo

ocorrendo um menor ganho na

RCNC e no ISC.

SOLO CAL

Tempo e condições de cura

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Temperaturas inferiores a 16ºC – 18ºC retardam as reações enquanto que temperaturas

superiores aceleram-nas.


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s/n

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lima_bra

sile

iro.h

tml

Temperatura média anual

Lembre – se que o clima é um agente predominante no intemperismo do solo.

SOLO CAL

Reatividade do solo

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Quando há presença de matéria orgânica ela pode reagir com o solo,

normalmente se esta porcentagem for maior que 1%...

...mas também existem estudos que sugerem que quantidade elevadas de

matéria orgânica não permitem a criação de ligações pozolânicas “fixas”

formando....

... Um efeito de “máscara’”, provocado pelos cátions orgânicos sobre as

partículas de argila e reduzindo a dissolução da sílica e alumina que são eficazes

quanto ao desenvolvimento da ação de cimentação “permanente”.

Para tanto divide – se para o estudo do solo – cal, os solos em duas classificações:

Quando os solos são reativos, o ganho de resistência na energia Proctor normal

é maior que 345 kPa.

Quando os solos são não-reativos, o ganho de resistência na energia Proctor

normal é menor que 345 kPa.


SOLO CAL

• Lima, Röhm e Bueno:

o Solos reativos: compressão simples (energia Proctor Normal);

o Melhoramento da trabalhabilidade com menor ganho de

resistência: compressão simples (energia Proctor Normal) +

parâmetros obtidos no ensaio CBR;

• Outros métodos:

o 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 (Eades e Grim);

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Solo-Cal Dosagem

SOLO CAL11/05/2017 19

Método de Eades e Grim

Solo-Cal Dosagem

2% de Cal

3% de Cal

4% de Cal

5% de Cal

6% de Cal

20 gramas de solo

100 ml de água

1 hora de “cura”

Medir o PH

O teor de cal de

projeto apresentará

um pH 12,40 –

12,30

Mistura “a seco”

Observa-se que este método foi desenvolvido para solos de

climas temperados. Em alguns solos tropicais o limite de pH

de 12,4 é impossível de ser alcançado. Pesquisas relatadas

por Harty (1970) apud Núñez (1991) demonstram que os

teores de cal determinados pelo método do pH não são

suficientes para estabilizar solos tropicais e subtropicais.

(Côrrea,2008) . Solos argilosos atendem ao ensaio.

0% de Cal

7% de Cal

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Método de Eades e Grim

Solo-Cal Dosagem

SOLO CAL11/05/2017 21

Método do LFP (Lime fixation Point)

Solo-Cal Dosagem

0% de Cal

0.5% de Cal

1% de Cal

2% de Cal

3% de Cal

Este método foi proposto por Hilt e Davidson (1960) apud Núñez (1991) e tem por objetivo estabelecer o teor de

cal a ser adicionado para a melhoria da trabalhabilidade do solo sem produzir aumentos significativos na sua

resistência.

O ensaio para a determinação do LFP consiste em efetuar o ensaio de Limite de Plasticidade (LP) aumentando o

teor de cal até que o LP alcance um valor máximo (LFP). Para teores de cal superiores ao LFP, o solo ganha

resistência sem ter sua trabalhabilidade e índices plásticos (LL e LP) modificados.

Imediato

1 hora

2 horas

4 horas

8 horas

Teores de Mistura Tempo

24 horas

1 semana

4% de Cal

5% de Cal

Ensaios

LPLL

Solo 1 Solo 2 Solo 3

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Método do LFP (Lime fixation Point)

Solo-Cal Dosagem

LP (%)

% CAL Solo 01 Solo 02 Solo 03

0,0 35 34 25

0,5 32 31 26

1,0 33 37 30

2,0 41 41 34

3,0 45 49 34

4,0 47 49 34

5,0 46 49 34

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

Para serem utilizadas como camadas de base ou sub-base as misturas solo-cal

devem apresentar ganhos na resistência a compressão simples em relação

ao solo natural de pelo menos 345 kPa

𝑹𝑬𝑺𝑰𝑺𝑻Ê𝑵𝑪𝑰𝑨𝑴Í𝑵𝑰𝑴𝑨 𝑩𝑨𝑺𝑬 > 𝟏𝟎𝟓𝟎 𝒌𝑷𝒂

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Método de Thompson

1 O teor de cal para (b) pode ser

5% ou valor determinado no ensaio

pH

RCNC1

(a) Solo natural

(b) Solo+cal; cura por 48h a 490 C

Incremento de resistência

> 345 kPa

Solo reativo

(mistura solo-cal)

≤ 345 kPa

Solo não reativo

(solo melhorado com cal)

Método de Thompson

Solo-Cal Dosagem

2 Ensaios IP conduzidos 1h após a

mistura solo-cal-água4 Depende do objetivo da estabilização

5 Cura dos cp’s, antes da imersão, é

opcional. Expansão é importante nos

subleitos

Método de Thompson

≤ 345 kPa

Solo não reativo

(solo melhorado com cal)

IP 2

2 – 4 – 6% de cal

Análise de IP

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

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.

Solo-Cal Dosagem

Método de Thompson

>345 kPa

Solo reativo

(mistura solo-cal)

RCNC 6

3 – 5 – 7% de cal

Análise de RCNC

PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO

% acima da qual acréscimos de cal não

resultam em acréscimo significativo de

resistência

VERIFICAÇÃO DA RCNC DAMISTURA

Conforme Tabela

6 Uma estimativa do teor ótimo de

cal pode ser obtida com o ensaio

pH de Eades e Grim

Método de Thompson

Solo-Cal Dosagem

Método de Thompson

>345 kPa

Solo reativo

(mistura solo-cal)

RCNC 6

3 – 5 – 7% de cal

Análise de RCNC

PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO

% acima da qual acréscimos de cal não


resistência

VERIFICAÇÃO DA RCNC DAMISTURA

Conforme Tabela

AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DE

PROJETO DA MISTURA

Conforme correlações a seguir



pH de Eades e Grim

Método de Thompson

Solo-Cal Dosagem

5.

Solo

-cal

Método de Thompson

Solo-Cal Dosagem

Método de Thompson

>345 kPa

Solo reativo

(mistura solo-cal)

RCNC 6

3 – 5 – 7% de cal

Análise de RCNC

• PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO

• % acima da qual acréscimos de cal não


resistência

• VERIFICAÇÃO DA RCNC DAMISTURA

• ConformeTabela

• AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DE

PROJETO DA MISTURA

• Conforme correlações a seguir

• PORCENTAGEM DE CAL DE CAMPO

• Adição de 0,5 a 1,0% acima do teor de

projeto para suprir perdas construtivas,

distribuição desigual, etc.



pH de Eades e Grim

Método de Thompson

Solo-Cal Dosagem

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Solo-Cal Durabilidade

Os ensaios de durabilidade visam “imitar” as condições do ambiente

em que serão instalados as estruturas de solo – cal ( ou solo –

aditivo) .

Os métodos de avaliação mais comuns são:

• Perda de peso ( massa) – Mensuração da retração, molhagem e

secagem

• Perda de resistência – Expansão da amostra, gelo e degelo.

No Brasil para a avaliação da durabilidade de solos

estabilizados utiliza – se os ensaios de perda de massa,

porém é realizada a mensuração da resistência.

SOLO CAL11/05/2017 31

Principais métodos de avaliação por molhagem e secagem:

• Método da ABCP – Para Cimento Portland

• Método de Iowa

• Método proposto por Marcon


SOLO CAL11/05/2017 32

Método de Iowa


A

6 CP’s - Quadrados

Cura em câmara

úmida por 14 dias

3 CP’s são submetidos

aos ciclos – 6 ou 12

3 CP’s

continuam

curandoB C

D E F

24 horas de imersão 24 horas de secagem

RCNC,câmara

Fim dos ciclos RCNC,ciclo

Cálculo do Cd:

RCNC,ciclo/RC

NC,câmara

Cd>0,80

SOLO CAL11/05/2017 33

Método de Marcon


A

6 CP’s

Cura em câmara úmida por

90 dias

3 CP’s são submetidos

aos ciclos – 7 ciclos

3 CP’s

continuam

curando

B C

D E F

Secagem ao ar – 4 ciclos

Imersão por 24 h

Fim dos ciclos

RCNC,ciclo

Cálculo do Cd:

RCNC,ciclo/RC

NC,câmara

Cd>0,80

1ª Secagem

2ª Secagem

3ª Secagem

4ª Secagem

Imersão – 3 ciclos

1ª Imersão

2ª Imersão

3ª Imersão

Fim dos ciclos

Imersão por 24 h

RCNC,câmara

SOLO CAL

Solo-Cal

Estudo de Casos

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06 - Estudo com vistas a pavimentação de um solo de Sinop com cal - Machado

e Crispim 2012

07 - Estudo da estabilização de um solo com cal de um solo de Sinop -

Simioni e Crispim 2012

08 - Análise do processo de cura de solo-cal em câmara enriquecido com CO2 -

Silva e Crispim 2012

09 - Avaliação da durabilidade por molhagem e secagem e da capacidade de

suporte de solos estabilizados em Sinop-MT - Ferreira e Crispim 2015

10 - Efeito da adição de cal e cinza de casca de arroz nas propriedades

mecânicas de um solo tropical - Pimentel e Benatti 2014

11 - Resistência à tração de solos estabilizados com cal e cimento em Sinop-MT

- Rosas e Dalla Riva 2014

SOLO CAL11/05/2017 35

Solos para Fins Rodoviários: Técnicas Disponíveis e Estudo de Caso Dirigido à

Estabilização Solo-Cal de Três Solos de Ilha Solteira – SP. 1995. 91p. Dissertação

(Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa-MG.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Dosagem das misturas solo-

cimento: normas de dosagem e métodos de ensaios. São Paulo, 2004. 63p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11578: Cimento Portland

Composto. Rio de Janeiro, 1991. 5p.

______. NBR 12023: Solo-cimento – Ensaio de Compactação. Rio de Janeiro, 1992a. 6p.

______. NBR 12024: Solo-cimento – Moldagem e cura de corpos de prova cilíndricos. Rio

de Janeiro, 1992b. 5 p.

______. NBR 12025: Solo-cimento – Ensaio de Compressão Simples de corpos de prova

cilíndricos. Rio de Janeiro, 1990. 2p.

______. NBR 13555: Solo-cimento – Determinação da absorção d’água. Rio de Janeiro,

1996. 1p.

______. NBR 6457: Amostras de Solo – Preparação para Ensaios de Compactação e

Ensaios de Caracterização. Rio de Janeiro, 1986. 9 p.

______. NBR 6459: Solo – Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 1984a. 6 p.

______. NBR 7175: Cal hidratada para argamassas - Requisitos. Rio de Janeiro, 2003. 4

p.

______. NBR 7180: Solo – Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 1984b.

3 p.

com cal e cimento. 2014. Projeto de Pesquisa FAPEMAT Edital PAPPE 002/2012. (não

publicado

Referências

SOLO CAL

Obrigado pela atenção.

Perguntas?

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