universidade federal de pernambuco centro de … · figura 2.9 – eletromicrografia da cal...
Post on 08-Jul-2020
9 Views
Preview:
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
VALQUIRIA BARBOSA
ESTUDO DO COMPORTAMENTO GEOTÉCNICO DE UM SOLO
ARGILOSO DE CABROBÓ, POTENCIALMENTE EXPANSIVO,
ESTABILIZADO COM CAL
RECIFE, 2013
i
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
VALQUIRIA BARBOSA
ESTUDO DO COMPORTAMENTO GEOTÉCNICO DE UM SOLO
ARGILOSO DE CABROBÓ, POTENCIALMENTE EXPANSIVO,
ESTABILIZADO COM CAL
Dissertação submetida ao Corpo Docente da
Coordenação do Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Civil da Universidade Federal
de Pernambuco como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do grau de Mestre
em Engenharia Civil
ORIENTADOR: SILVIO ROMERO DE MELO FERREIRA
RECIFE, 2013
Catalogação na fonte
Bibliotecário Vimário Carvalho da Silva, CRB-4 / 1204
B238e Barbosa, Valquiria.
Estudo do comportamento geotécnico de um solo argiloso de
Cabrobó, potencialmente expansivo, estabilizado com cal. /
Valquiria Barbosa. - Recife: A Autora, 2013.
xviii, 111 folhas, il., gráfs., tabs.
Orientador: Profº. Silvio Romero de Melo Ferreira, D.
Sc.
Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de
Pernambuco. CTG. Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Civil, 2013.
Inclui Referências bibliográficas.
1. Engenharia Civil. 2. Solo expansivo. 3. Estabilização. 4.
Cal. 5. Melhoramento. I. Ferreira, Silvio Romero de Melo
(orientador). II. Título.
UFPE
624 CDD (22. ed.) BCTG/2013-266
ii
VALQUIRIA BARBOSA
ESTUDO DO COMPORTAMENTO GEOTÉCNICO DE UM SOLO
ARGILOSO DE CABROBÓ, POTENCIALMENTE EXPANSIVO,
ESTABILIZADO COM CAL
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS
PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE
PERNAMBUCO COMO PARTE INTEGRANTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS À
OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL.
Aprovada por:
_________________________________________________
Silvio Romero de Melo Ferreira, D.Sc.
(ORIENTADOR)
_________________________________________________
José Fernando Thomé Jucá, D. Sc.
(EXAMINADOR INTERNO)
__________________________________________________
Joaquim Teodoro Romão de Oliveira, D. Sc.
(EXAMINADOR EXTERNO)
AGOSTO, 2013
iv
AGRADECIMENTOS
A Jeová Deus por dar-me força para perseverar nas minhas conquistas;
Ao professor Drº Silvio Romero de Melo Ferreira pela amizade, confiança, apoio, orientação,
paciência, incentivo e disponibilidade dedicados durante todo o decorrer do trabalho;
Aos meus pais, por tudo que fizeram por mim até hoje.
A todos os professores da pós-graduação, Universidade Federal de Pernambuco, que
contribuíram para o meu enriquecimento profissional;
À equipe técnica do Laboratório de Solos e Instrumentação da Universidade Federal de
Pernambuco e da Universidade Católica de Pernambuco (em especial aos laboratoristas
Francisco e Léo, respectivamente);
Ao prof. Sergio Paiva (Universidade Católica de Pernambuco) pelos ensaios químicos.
Aos professores da Área de Geotecnia da Universidade Federal de Pernambuco, Centro
Acadêmico do Agreste em Caruaru, pelo apoio na realização deste trabalho.
Aos meus amigos Robson, Leandro, Marta, Wellington, Pedro e Oberdan que me apoiaram
neste período.
E a todos aqueles que, de alguma forma, auxiliaram na realização desta pesquisa.
v
RESUMO
Solos expansivos ocorrem em várias partes no mundo. A variação de volume dos solos
devido à inundação causa danos em diversas edificações. A mistura da cal com solo
expansivo é um dos métodos de estabilização. A cal é um aglomerante aéreo, resultante da
calcinação dos calcários ou dolomitos através de decomposição térmica e posteriormente
hidratação formando o hidróxido de cálcio - Ca(OH)2 que tem diversas utilidades em várias
atividades humanas. Este material tem propriedades físico-químicas capazes de conferir aos
solos, quando misturado, por meio de reações, mudanças na microestrutura das partículas dos
solos. O presente trabalho tem por objetivo analisar e interpretar os resultados do
comportamento do solo natural e do estabilizado com a cal. Foram coletadas amostras
indeformadas do solo expansivo de Cabrobó, realizados ensaios de caracterização física pelas
normas da ABNT, química seguindo as recomendações do Manual da Embrapa, análise
termogravimétrica, e ensaios edométricos simples e duplos para avaliar a tensão de expansão
e expansão “livre” no solo natural (sem cal) e estabilizado com cal nas proporções em peso de
3%, 5% e 7%. Verificou-se que o acréscimo, em peso, de 7% de cal hidratada ao solo
expansivo de Cabrobó estabiliza o solo quanto à expansão. A mistura da cal ao solo expansivo
melhora as propriedades mecânicas e estabiliza a expansão dos solos.
Palavras - chaves: Solo expansivo, Solo não saturado, Solo-Cal, Melhoramento de Solo.
vi
ABSTRACT
Expansive soils occur in various parts of the world. The volume chance of the soil due to
wetting causing damage in several buildings. The mixing of the lime with the soil of the
expansive is a stabilization methods. Lime is a binder air calcinations of the limestone and
dolomite through thermal decomposition and subsequently forming the hydration of calcium
hydroxide – Ca (OH)2 which has many uses in various human activities. This material has the
physicochemical properties capable of giving soils when mixed by means of reactions,
changes in the microstructure of particulate soils. This work aims to analyze and interpret the
results of the behavior of atural soil and stabilized with lime. Undisturbed samples were
collected from Cabrobó expansive soil, physical characterization tests conducted by ABNT,
chemistry following the recommendations of the Manual of Embrapa, thermogravimetric
analysis, and single and double edométricos trials to evaluate the expansion tension and
expansion “free” in natural soil stabilized with lime in proportions by weight 3%, 5% and 7%.
It was found that the increase in weight of 7% hydrated lime to the soil of the expansive
Cabrobó stabilizes the soil and expansion. The mixture of lime to the soil expansive improves
the mechanical properties and stabilizes the expanding soil.
Keywords: expansive soil, unsaturated soil, soil-cal, soil improvement
vii
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
1 INTRODUÇÃO 1
1.1 OBJETIVOS 2
1.1.1 Objetivo geral 2
1.1.2 Objetivos específicos 2
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO 3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 4
2.1 FASES DO SOLO 4
2.2 FRAÇÃO ARGILA DOS SOLOS 5
2.2.1 Capacidade de Troca de Cátion 9
2.2.2 Floculação e Dispersão da Argila 11
2.2.3 Ponto de Carga Zero 12
2.3 EXPANSÃO DOS SOLOS 12
2.3.1 Mecanismo de Expansão 13
2.3.2 Critério de Identificação dos Solos Expansivos e Técnicas de Ensaios 16
2.3.2.1 Métodos Diretos 17
2.3.2.2 Métodos Indiretos 19
2.3.3 Fatores Influentes na Expansão 20
2.3.4 Locais de ocorrência de Solos Expansivos 21
viii
2.4. CONCEITO SOBRE ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS E FORMAS DE
APLICAÇÃO 23
2.4.1 Tipo de Estabilização 23
2.4.2 Formas de Aplicação 24
2.5. EVOLUÇÃO DO USO DA CAL 25
2.6. ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM O USO DA CAL 26
2. 6.1. REAÇÃO SOLO-CAL 30
2. 6.1.1 Troca Catiônica e Floculação 31
2. 6.1.2 Reação de Carbonatação 32
2. 6.1.3 Reação Pozolânica 33
2. 6.2 ALTERAÇÕES NOS SOLOS ESTABILIZADOS COM A CAL 35
2. 6.2.1 Granulometria 36
2. 6.2.2 Plasticidade 37
2. 6.2.3 Compactação 39
2. 6.2.4 Expansão 40
2. 6.2.5 Resistência 41
3 MATERIAIS E MÉTODOS 45
3.1. PROGRAMA DE INVESTIGAÇÃO 45
3.2. DESCRIÇÃO DA ÁREA EM ESTUDO 46
3.3 MATERIAIS UTILIZADOS 48
3.3.1 SOLO 48
ix
3.3.1.1. Coleta das amostras 48
3.3.2 CAL 49
3.4 MÉTODOS 49
3.4.1. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS 49
3.4.2 MISTURA 49
3.4.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA 50
3.4.3.1 Análise Granulométrica 50
3.4.3.2 Densidade Real dos Grãos 51
3.4.3.3 Limites de Atterberg 52
3.4.3.4 Ensaios de Compactação 52
3.4.4 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA 52
3.4.4.1 Determinação do potencial hidrogeniônico (pH) em KCl, H2O e
CaCl2 53
3.4.4.2 Capacidade de troca catiônica (com pH 7,0) 54
3.4.4.3 Determinação do carbono orgânico e matéria orgânica 55
3.4.4.4 Determinação dos Óxidos dos Solos 56
3.4.4.5 Caracterização da Cal 56
3.4.5 CARACTERIZAÇÃO MICRO ESTRUTURAL 57
3.4.6 CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA POR TERMOGRAVIMETRIA 57
3.4.7 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA 59
3.4.7.1 Ensaio de Expansão “Livre” 59
3.4.7.2 Ensaio de Tensão de Expansão 60
x
3.4.7.3 Ensaio de Resistência à compressão simples 63
4 RESULTADOS E ANÁLISE DOS ENSAIOS REALIZADOS 65
4.1 SOLO 65
4.1.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA 65
4.1.1.1 Granulometria e Limites de Atterberg 65
4.1.1.2 Compactação 67
4.1.2 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA 69
4.1.2.1 Capacidade de troca catiônica 70
4.1.2.2 Acidez do Solo 71
4.1.2.3 Óxidos dos Solos 72
4.1.2.4 Determinação de Matéria Orgânica 73
4.1.3 EXPANSÃO “LIVRE” E TENSÃO DE EXPANSÃO 73
4.1.3.1 Expansão “livre” 73
4.1.3.2 Tensão de expansão 74
4.1.4 COMPRESSÃO SIMPLES 77
4.2 CAL 78
4.3. MISTURA SOLO-CAL 79
4.3.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA 81
4.3.2 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA 87
4.3.3 MICROESTRUTURA 88
4.3.4 ANÁLISE POR TERMOGRAVIMETRIA 91
4.3.5 EXPANSÃO LIVRE E TENSÃO DE EXPANSÃO 94
4.3.6 RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES 96
xii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Unidade estrutural tetraédrica (CRISTELO, 2001). 6
Figura 2.2 – Unidade estrutural octaédrica, (CRISTELO, 2001). 6
Figura 2.3 – Representação esquemática da estrutura de uma Caulinita (duas camadas),
Montmorilonita e Ilita (ambas com três camadas), (CRISTELO, 2001). 7
Figura 2.4 – Eletromicrografias das microestruturas da Caulinita, Montmorilonita e Ilita,
respectivamente, (IQ, 2010). 7
Figura 2.5 – Cargas elétricas da fração argila e matéria orgânica. Fonte:
www.pedologiafacil.com.br 11
Figura 2.6 – Formação da dupla camada difusa numa micela mostrando: (a) a partícula
seca e (b) hidratada, (FILHO, 2012). 11
Figura 2.7 – Comportamento da variação de deformação no período de tempo sob tensão
(a) pequena alteração na umidade do solo, (b) mudança de umidade na periferia do solo,
(c) apenas o núclo central mantém a umidade inicial, (d) não há mudança na umidade do
solo, (FERREIRA, 2010). 15
Figura 2.8 – Curvas da Termogravimetria, (CINCOTTO, 1980). 28
Figura 2.9 – Eletromicrografia da cal hidratada (a) de matéria prima não decomposta por
calcinação ou por hidratação (aumentada em 100X); (b) aglomerados de cristais em
placas (aumentada em 10.000X), (CINCOTTO, 1980). 29
Figura 2.10 – Formação de material cimentante numa mistura solo-cal, (CRISTELO,
2001). 34
xiii
Figura 2.11 – Eletromicrografia (a) Latossolo compactado após adição de cal; (b)
Preenchimento de vazios interagregados; (c) Assembleia cristalina neoformada. (V –
vazios; M – Microagregado; AC – Assembleia cristalina), (NÓBREGA, 1981). 37
Figura 2.12 – Limites de Atterberg em função do teor de cal com um dia de cura,
(THOMÉ, 1994). 38
Figura 2.13 – Efeito da cal sobre os limites de consistência (GOOSEN et al, 2006). 39
Figura 2.14 – Efeito da cal e do tempo de cura na pressão de expansão, (GOOSEN et al
2006). 41
Figura 2.15 – Efeito da quantidade de cal sobre a resistência a compressão simples para
alguns solos tratados com cal e curados por 7 dias, (INGLÊS E METCALF, 1972). 43
Figura 3.1 – Esquema do programa de Investigação Experimental. 45
Figura 3.2 – Carta de Suscetibilidade à Expansão dos solos no Estado de Pernambuco,
(AMORIM, 2004). 47
Figura 3.3 – Mapa Pedológico da região de Cabrobó – PE, (EMBRAPA, 2013). 48
Figura 3.4 – Aparelho analisador de partículas por difração a laser “granulômetro”,
(FERREIRA, 2013). 51
Figura 3.5 – Equipamento Picnômetro Gás Hélio, (FERREIRA, 2013). 51
Figura 3.6 − (a) Determinação química do pH. (b) Solução de KCl para determinação de
pH em KCl. 53
Figura 3.7 − (a, b) Determinação do sódio, potássio, cálcio e magnésio. 55
Figura 3.8 − Digestão do carbono orgânico. 55
Figura 3.9 − a) Célula, colarinho para ensaio de adensamento b) Prensa de
Adensamento. 59
xiv
Figura 3.10 − Etapas dos ensaios edométricos. 61
Figura 3.11 − a) Cilindro na prensa para compactação b) Cilindro de bronze. 63
Figura 3.12 − a) Célula e prensa para ensaio de Compressão Simples. b) Corpo de prova
rompido. 64
Figura 4.1 – Curva granulométrica do Solo de Cabrobó. 65
Figura 4.2 –Peso Específico Real dos Grãos obtida através do picnômetro de gas Hélio.66
Figura 4.3 – Carta de plasticidade e Atividade em solo natural e das misturas solo-cal. 67
Figura 4.4 – Curva de Compactação do solo de Cabrobó. 68
Figura 4.5 – Resultado do ensaio químico de CTC, com cura de 1 hora e após 120 dias.70
Figura 4.6 – Métodos de tensão de expansão a) Expansão sob tensão; b) Método 1 –
Carregamento após expansão com diferentes tensões verticais de consolidação; c)
Método 2 – Expansão e colapso; d) Volume constante e de Rao et al (1988); e) Justo et al
(1984). 74
Figura 4.7 – Comportamento da variação de deformação no período de tempo sob tensão
(a) pequena alteração na umidade do solo; (b) mudança de umidade na periferia do solo;
(c) apenas o núclo central mantém a umidade inicial; (d) não há mudança na umidade do
solo. 76
Figura 4.8 – Resistência a Compressão Simples do solo, sem cal em relação a
deformação. 78
Figura 4.9 – Variação do pH em água com o teor de cal. 80
Figura 4.10 – Curvas granulométricas no solo e nas misturas solo-cal. 81
Figura 4.11 – Variação das frações areia, silte e argila. 81
xv
Figura 4.12 – Distribuição dos tamanhos das partículas do solo obtida por difração a
laser. 82
Figura 4.13 – Análise do ensaio de Limite de Liquidez no solo e nas misturas solo-cal.83
Figura 4.14 – Variação de água no extrato de saturação na mistura solo-cal. 84
Figura 4.15 – Curva de compactação do solo e da mistura solo-cal. 85
Figura 4.16 – Variação do Peso específico aparente seco e Umidade para diferente teor de
Cal. 86
Figura 4.17 – Eletromicrografias do solo de Cabrobó compactado (a) aumentada 200X;
(b) aumentada 500X; (c) aumentada 1000X; (d) aumentada 2000 X das microestruturas
do solo expansivo de Cabrobó – PE; (e, f) Eletromicrografias em outro ângulo
(aumentadas em 1000 e 5.000 X) respectivamente. 89
Figura 4.18 – (a, b). Eletromicrografias (aumentadas 500 e 5.000 X) das microestruturas do
solo com adição de 3%cal. 90
Figura 4.19 – (a, b) Eletromicrografias (aumentadas 500 e 5.000 X) das microestruturas do
solo com adição de 5% cal. 90
Figura 4.20 – (a, b) Eletromicrografias (aumentadas 500 e 5.000 X) das microestruturas
do solo com adição de 7% cal. 91
Figura 4.21 – Curvas TG e DTG nas amostra (a) solo natural; (b) cal; (c) solo + 3% de
cal; (d) solo + 5% de cal; (e) solo + 7% de cal. 91
Figura 4.22 – Variação de expansão livre com o teor de cal. 95
Figura 4.23 – Variação da tensão de expansão com o teor de cal. 95
Figura 4.24 – Corpo de prova (a) antes do rompimento; (b) após o rompimento. 96
xvi
Figura 4.25 – Evolução dos valores da RCS para as amostras de solo natural e com adição
de 3% de cal, para cura de 48 horas. 97
Figura 4.26 –Evolução dos valores da RCS para as amostras de solo natural e com adição
de 5% de cal, para cura de 48 horas. 97
Figura 4.27 – Evolução dos valores da RCS para as amostras de solo natural e com adição
de 7% de cal, para cura de 48 horas. 98
xvii
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Tabela de classificação granulométrica do solo. 5
Tabela 2.2 – Métodos de Identificação de Solos Expansivos (FERREIRA, 1995). 16
Tabela 2.3 – Classificação do grau de expansão de um solo (GOOSEN, 2006) 18
Tabela 2.4 – Ocorrência de Solos Expansivos no Brasil (Modificado por FERREIRA,
2012). 22
Tabela 2.5 – Resultado obtido da Termogravimetria (CINCOTTO, 1980) 28
Tabela 2.6 – Exigências das cales hidratadas Nacionais (NBR 7175/2003). 29
Tabela 2.7 – Características da compactação do solo e das misturas, (LOVATO, 2004).40
Tabela 2.8 – Resistência à compressão simples (kPa), (LOVATO, 2004)). 43
Tabela 3.1 – Composição química da cal hidratada CH-I (Cabomil S/A). 49
Tabela 4.1 – Caracterização Física do solo e da mistura solo-cal. 66
Tabela 4.2 − Caracterização de química do solo e das misturas solo-cal. 69
Tabela 4.3 – Valores de pH encontrados na amostra de solo após 1 hora de cura 72
Tabela 4.4 – Valores de pH encontrados na amostra de solo. 72
Tabela 4.5 – Valores das porcentagens de óxidos e Perda ao fogo no solo. 73
Tabela 4.6 – Tensão de expansão da argila de Cabrobó,na argila de Petrolândia-PE, por
Ferreira e Ferreira (2009), na argila de Pesqueira-PE por Silva e Ferreira (2007) e na
Barreira La Paz de Arahal (Serilla) por Delgado (1986) 77
Tabela 4.7 – Resistência a Compressão Simples do solo e das misturas solo-cal. 78
xviii
Tabela 4.8 – Resultados das análises químicas. 78
Tabela 4.9 – Resultado dos Óxidos da Cal. 79
Tabela 4.10 – Valores de pH (Método de Eades e Grim, 1966). 80
Tabela 4.11 – Tabela do resultado do ensaio de Difração a Laser. 83
Tabela 4.12 – Peso específico aparente seco máximo e umidade ótima para o solo natural e
com a adição de cal. 85
Tabela 4.13 – Valores das porcentagens de óxidos e Perda ao fogo nas misturas solo-cal.87
Tabela 4.14 – Resultado da Capacidade de Troca Catiônica da mistura solo-cal. 87
Tabela 4.15 – Perda de Massa. 92
Tabela 4.16 – Massa Residual. 93
Tabela 4.17 – Resultado obtido através das curvas TG / DTG. 93
Tabela 4.18 – Valores de expansão para as misturas solo-cal. 94
Tabela 4.19 – Valores de deformação, tensão e módulo de elasticidade dos ensaios 98
1
1. INTRODUÇÃO
Solos expansivos ocorrem em várias partes no mundo, como Cuba, México,
Marrocos, Turquia, Estados Unidos, Argentina, China, África do Sul. No Brasil, os
solos expansivos são encontrados em várias regiões: no centro sul, nos estados do
Paraná, São Paulo e Santa Catarina; no nordeste, no norte da Bahia passando por
Pernambuco até atingir o Ceará.
A variação de volume dos solos expansivos, devido à inundação, causa danos
em diversas edificações. Os prejuízos causados em obras civis sobre solos expansivos,
em alguns países, atingem o dobro dos custos com os danos causados com enchentes,
furacões e terremotos. O custo real dos prejuízos pode ser bem maior, sobretudo quando
são considerados os casos não conhecidos ou não reparados ou ainda, os casos em que
as causas não são atribuídas a esses solos. Atualmente o crescimento socioeconômico
do estado de Pernambuco é expressivo e encontram-se em execução grandes programas
habitacionais e obras de infraestrutura. Algumas dessas obras encontram-se localizadas
em áreas de ocorrência de solos expansivos, como o canal de transposição do rio São
Francisco e a refinaria em Suape.
Embora a solução de remover e substituir o solo expansivo por outro sem essa
característica ainda seja usada, em algumas ocasiões, isso pode se tornar inviável com
transportes de grandes volumes em grandes distâncias, e principalmente por causar
impactos ambientais pela necessidade de local para o descarrego do material. Nesse
contexto a estabilização de solos assume grande importância por permitir a utilização de
solos locais, ao invés da importação de outros solos.
A estabilização dos solos pode ser obtida pelo uso de várias técnicas. Essas
técnicas são divididas em dois grupos: a estabilização mecânica e a estabilização
química. A opção por uma ou outra é influenciada por fatores econômicos, finalidade da
obra, características dos materiais e propriedades que devem ser corrigidas.
2
Um dos tratamentos que vem sendo aplicados no melhoramento dos solos
expansivos, e que é base deste estudo, é a adição de cal. A cal é um aglomerante aéreo,
resultante da calcinação dos calcários ou dolomitos através de decomposição térmica e
posteriormente hidratação formando o hidróxido de cálcio - Ca(OH)2 que tem diversas
utilidades em várias atividades humanas. Ao ser adicionado ao solo, o hidróxido de
cálcio modifica imediatamente o pH deste solo; o cálcio evita a penetração da água nos
vazios dos argilominerais neutalizando suas cargas negativas e favorecendo a floculação
e a troca catiônica. Com o tempo, há reações de cimentação, finalizadas com a reação
com o CO2 do ar formando silicatos, aluminatos e aluminosilicatos de cálcio hidratado,
com propriedades cimentantes, (BOSCOV, 1990). Esse método, além de ser econômico,
permite obter melhorias em nível de resistência mecânica, deformabilidade e
permeabilidade.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo geral:
O objetivo principal deste trabalho é analisar o comportamento de estabilização
de um solo expansivo mediante o uso da cal. O solo a ser estudado está localizado no
município de Cabrobó – PE.
1.1.2 Objetivos Específicos:
realizar a caracterização física, química e estrutural de um solo expansivo de
Cabrobó;
investigar qual o menor percentual, em peso, de cal que estabiliza o solo de
Cabrobó, quanto à expansão “livre” e à tensão de expansão;
verificar as modificações ocorridas nas misturas estabilizadas, em função dos
diferentes teores do aditivo e períodos de cura analisados (resistência a
compressão simples).
3
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO
A dissertação está organizada em cinco capítulos, estando apresentado da seguinte forma:
No Capítulo I, introdutório, são apresentados os problemas dos solos expansivos, a
ocorrência de solos expansivos e os métodos de tratamento, além dos objetivos da
dissertação.
No Capítulo 2 apresenta-se uma revisão da literatura, abrangendo o mecanismo dos
solos potencialmente expansivos, a estabilização de solos com adição da cal e seus
efeitos sobre as propriedades do solo.
No Capítulo 3 faz-se uma caracterização sumária dos materiais utilizados no âmbito
deste estudo, em seguida são descritos o programa de investigação detalhando as
atividades de laboratório e os métodos utilizados para realização dos ensaios
laboratoriais.
O Capítulo 4 apresenta e analisa, levando em conta outros resultados encontrados na
literatura, os resultados obtidos na etapa experimental.
No Capítulo 5 são apresentadas as conclusões do trabalho e as sugestões para futuras
pesquisas.
.
4
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Inicialmente é feito uma revisão sobre a constituição e estrutura do solo, com o
enfoque nas propriedades físicas química das argilas, como acontece e o que influência o
mecanismo de expansão do solo. Em seguida, é descrito os tipos de estabilização de solos
existentes, o uso da cal como estabilizante, as reações da mistura solo-cal, as alterações de
propriedade que a adição da cal pode trazer ao solo.
2.1. FASE DOS SOLO
Os solos são resultado do intemperismo das rochas por desintegração mecânica ou
decomposição química (processo em que há modificação química ou mineralógica das rochas
originais). Por desintegração mecânica formam-se os pedregulhos e areias e até siltes, as
argilas são o último produto do processo de decomposição.
O solo é composto por partículas, com dimensões e formas variadas, que formam o
seu esqueleto sólido. Esta estrutura não é maciça e por isso não ocupa todo o volume do solo,
ela é porosa e portanto possui vazios. Os vazios podem estar totalmente preenchidos por água,
quando então dizemos que o solo está saturado, podem estar completamente ocupados pelo ar,
o que significa que o solo está seco ou com ambos (ar e água) que é a forma mais comum na
natureza. Por isso o solo é composto por três fases: sólidos, água e ar.
Na fase sólida, as partículas de solos são compostas por minerais e materiais
orgânicos, se apresentando em forma de grãos esféricos ou mesmo angulosos, alongados ou
achatados e esses grãos podem variar tanto em textura como em composição mineralógica,
(MITCHEL, 1993). A fase líquida é composta de água livre (formada por água capilar e
gravitacional) e sais dissolvidos na água. A concentração desses sais na água pode afetar o
desenvolvimento da camada dupla difusa. A fase gasosa é constituída por ar e vapor de água,
quando o solo encontra-se seco ou não saturado.
As frações constituintes do solo recebem designações de acordo com as dimensões das
suas partículas, conforme Tabela 2.1.
5
Tabela 2.1 − Tabela de classificação granulométrica do solo.
Frações ABNT (6502/95) SI
Argila
< 0,005mm < 0,002mm
Silte
0,005mm a 0,05mm 0,002mm a 0,02mm
Areia
Fina 0,05mm a 0,42mm 0,02mm a 2,00mm
Média 0,42mm a 2,0mm
Grossa 2,0mm a 4,8mm
Pedregulho 4,8mm a 7,6cm > 2,00mm
Pedra
7,6cm a 25,0cm -
Matacão 25,0cm a 1,0m -
2.2. FRAÇÃO ARGILA DOS SOLOS
A argila origina-se da desagregação de rochas como o granito e o gnaisse, muito
abundantes na crosta terrestre, por ataque químico ou físico, que produz a fragmentação de
partículas muito pequenas. A argila é um silicato de alumínio hidratado, composto por
alumínio (óxido de alumínio), sílica (óxido de silício) e água, tem dimensões muito pequenas,
de acordo com a terminologia adotada pela ABNT (6502/95) a argila é inferior a 0,005mm. A
argila pode ser formada por apenas um mineral argiloso, mas o mais comum é ser formada
por uma mistura deles, com predomínio de um, e também matéria orgânica e outras
impurezas. Todos, porém, são filossilicatos - ou seja, silicatos que formam lâminas, de baixa
dureza, densidade também relativamente baixa e boa clivagem em uma direção. Rochas
argilosas como folhelho e siltito são também incluídos neste conceito no comércio desses
materiais, (CPRM, 2012).
Os minerais argilosos são os minerais constituintes e característicos das argilas, aos
quais estas devem as suas propriedades. São geralmente cristalinos, tratando-se quimicamente
de silicatos hidratados podendo conter cátions tais como Al3+
, Mg2+
, Fe2+
, Ca2+
, K+, entre
outros, e dispõem-se estruturalmente em camadas e folhas ou, mais raramente, em cadeias ou
fitas, (SILVA, 2010).
A maior parte dos argilominerais encontrados na natureza são de estrutura lamelar.
Estes podem ser divididos em grupos ou famílias: camadas 1:1; camadas 2:1; camadas 2:2 ou
2:2:1 . A nomenclatura 1:1 e 2:1 refere-se ao número de camadas de tetraedros de SiO4 e de
6
octaedros de Al2(OH)6, respectivamente, que entram na constituição da cela unitária da
estrutura cristalina do argilomineral, (SANTOS, 1989 ).
A unidade estrutural tetraédrica, Figura 2.1, é constituída por quatro átomos de
oxigênio, O2-
, equidistante de um átomo de sílicio, Si4+
, formando um tetraedro. Os átomos de
oxigênio posicionam-se nos vértices do tetraedro e o de silício ocupa o seu centro. Os
tetraedros dispõem-se hexagonalmente, de modo que as suas bases são complanares e os
topos apontam todos na mesma direção, (SILVA, 2010).
Figura 2.1 – Unidade estrutural tetraédrica, (CRISTELO, 2001).
Quanto à unidade estrutural octaédrica, Figura 2.2, esta é constituída por seis átomos
de oxigênio, O2-, ou hidróxilo, OH
-, que se dispõem segundo os vértices de um octaedro,
estando igualmente espaçados de um átomo de alumínio, Al3+
, ou de magnésio, Mg2+
. Estas
unidades básicas dispõem-se hexagonalmente através da partilha de hidróxilos ou oxigênios
por octaedros vizinhos, dando origem a folhas estruturais octaédricas, (SILVA, 2010).
Figura 2.2 – Unidade estrutural octaédrica, (CRISTELO, 2001).
É com base no número e natureza das folhas estruturais existentes nas camadas
estruturais que se estabelecem os tipos estruturais (1.1, 2:1, 2:1:1). Assim, a combinação de
uma folha tetraédrica com uma folha octaédrica dá origem a uma unidade estrutural do tipo
Átomos de Oxigênio
Átomo de Sílica
Íons Hidroxila
Átomo de Alumínio ou Magnésio
7
1:1, designada por unidade Te-Oc, enquanto que a combinação de duas folhas tetraédricas e
uma folha octaédrica forma uma unidade estrutural do tipo 2:1 ou Te-Oc-Te.
A seqüência repetitiva das capas tetraédricas e octaédricas determinam o grupo do
mineral argiloso. Os grupos dos minerais argilosos cristalinos mais importantes para esta
pesquisa são: grupo da Caulinita, grupo da Montmorilonita, e o grupo da Ilita, como estão
apresentadas nas Figuras 2.3 e 2.4.
Figura 2.3 – Representação esquemática da estrutura de uma Caulinita (duas camadas),
Montmorilonita e Ilita (ambas com três camadas), (CRISTELO, 2001).
Figura 2.4 – Eletromicrografias das microestruturas da Caulinita, Montmorilonita e Ilita,
respectivamente, (IQ, 2010).
As Caulinitas são formadas por unidades de sílica alumina, que se unem
alternadamente, conferindo-lhe uma estrutura rígida. Em consequência, são relativamente
estáveis em presença de água. Os minerais deste grupo podem ser considerados pouco
expansivos por não haver hidratação das camadas estruturais, pois a distância reticular é
mínima e há pouca adsorção superficial (a baixa adsorção se dá porque a estrutura é quase
8
eletricamente neutra, ou seja, não se tem ou é pouca, a substituição isomórfica), (PEREIRA,
2004). O autor ainda afirma que os minerais do grupo das caulinitas apresentam baixa
capacidade de troca catiônica, no entanto maior capacidade de troca aniônica por causa de
íons 0H- presente fora das lâminas estruturais.
As montmorilonitas são estruturalmente formadas por unidade de alumínio entre duas
unidades de silício. Entre as camadas das montmorilonitas existem moléculas de água com
arranjos ocorrendo de forma orientada e regular, dando coordenação aos cátions permutáveis,
sendo possível a entrada de moléculas orgânicas. As ligações entre as camadas ocorrem de
acordo com as forças de Van der Walls.
As ilitas são estruturalmente similares às montmorilonitas, sendo menos expansivas. A
principal diferença entre a ilita e a montmorilonita é que a primeira não apresenta
característica de expansividade intracristalina, devido à atração iônica exercida pela presença
de íons K+ que se encontram entre as camadas, (PEREIRA, 2004). Ainda que, segundo o
mesmo autor, na montmorilonita K+ ocorre expansividade intracristalina, isto devido à
presença inferior de íons de potássio e pela carga negativa estar localizada na folha octaédrica,
assim estando a uma distância maior dos íons de potássio, possibilitando forças eletrostáticas
mais fracas.
As partículas de argila apresentam cargas elétricas negativas nas faces e cargas
positivas nos bordos. Devido às cargas negativas, as partículas de argila atraem íons positivos
(cátions) de sais dissolvidos na água. As moléculas de água mais próximas da superfície da
partícula de argila estão submetidas a tensões elevadíssimas, encontrando-se praticamente em
estado sólido. Cada partícula pode atrair várias camadas de moléculas de água e cátions até
ficar eletricamente neutra. Designa-se essa água por água adsorvida.
A carga elétrica pode resultar de certas imperfeições, tais como posições incompletas
ou valências não equilibradas causadas por substituições isomórficas na estrutura cristalina,
da adsorção física ou química de íons em radicais ativos e da adsorção de íons na estrutura da
partícula, (GILLOTT, 1987). Embora, teoricamente, as cargas devessem estar uniformemente
distribuídas pelo exterior da partícula, verifica-se que, nas argilas, isso não acontece.
9
As cargas negativas que retém os cátions trocáveis podem ser originadas nas partículas
do solo de duas maneiras principais: cargas permanentes e cargas dependentes de pH. As
cargas negativas permanentes existem nas estruturas dos minerais e são originadas da
substituição isomórfica (substituição dos cátions das unidades tetraédricas e/ou octaédricas,
por outros de diâmetro aproximado) o que permite manter as mesmas dimensões, mas uma
carga menor, originando um excesso de cargas negativas dos oxigênios, chamadas de
permanentes. As principais substituições são:
Si4+ pelo Al3+ nas camadas tetraédricas;
Al3+ pelo Fe2+ ou Mg2+ nas camadas octaédricas
As cargas negativas variam conforme o pH do solo, quando o pH aumenta, também
aumenta a quantidade de cargas negativas. As cargas negativas dependentes de pH são
formadas basicamente pela dissociação e associação de prótons (H+) e adsorção específica de
cátions e ânions.
Com a elevação do pH do solo, ocorre a dissociação dos íons H+
da superfície e, assim,
a liberação de cargas negativas para a troca de cátions. Por outro lado, com a acidificação do
meio ou diminuição de pH , a superfície do óxido adsorve íons de H+
e passa a apresentar
carga positiva, e, portanto, troca de ânios. As cargas dependentes de pH, tanto positivas como
negativas, e ambas podem ocorrer ao mesmo tempo nos solos, (MARQUES, 2012).
Às faces dos cristais lamelares estão associadas cargas negativas, enquanto que os
bordos dos cristais podem ser globalmente neutros, positivos ou negativos. Uma vez que a
superfície das faces é muito maior do que a dos bordos, a coparticipação da carga elétrica
negativa é muito maior. Assim se explica a eletronegatividade global das partículas argilosas,
(SILVA, 2010).
2.2.1 CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS
Devido à presença de cargas negativas que predomina nas superfícies das partículas de
argila, há a atração de íons positivos existentes em soluções aquosas que entram em contato
com a argila podendo facilmente infiltrar-se entre as lâminas dos minerais argilosos e dali
10
saírem também facilmente, pois suas ligações químicas são fracas. Eles não penetram na
estrutura do mineral, apenas prendem-se às superfícies das partículas de argila, (CPRM,
2012).
A facilidade como são atraídos depende da valência dos cátions em solução. A
sequencia de preferencialidade de troca de cátions para uma mesma concentração foi
estabelecida por Hofmeister, sendo conhecida como sequencia de Hofmeister ou série
liotrópica. Esta sequencia é a seguinte:
Al3+
> Ca2+
> Mg2+
> NH4+
> Rb > K+ > Na
+ > Li
+ > H
+
Qualquer íon a esquerda pode substituir íons situados à sua direita, este processo é
denominado de troca de cátions.
A capacidade de troca catiônica (CTC) exprime-se em milimol por carga, detidos em 100g de argila
seca e varia com o tipo de argila. As argilas motmorillonitas, por exemplo, apresentam CTC entre 800 e
1500 (10-3
mol/c* x 100g), (MEURER , 2006). Muitas condições do solo têm influência sobre a
CTC, dentre as quais: pH, natureza dos cátions trocáveis, concentração da solução e natureza
da fase sólida.
A Figura 2.5 apresenta as cargas elétricas de um coloide (sistema no qual um ou mais
componentes apresentam pelo menos uma de suas dimensões dentro do intervalo de 1mm a
1µm, ou seja, sistema contendo tanto moléculas grandes como partículas pequenas),
mostrando que cargas elétricas de polos diferentes se atraem e de cargas semelhantes se
repelem.
* c - representa o valor da carga de cátion.
11
Figura 2.5 – Cargas elétricas da fração argila e matéria orgânica. Fonte:
www.pedologiafacil.com.br
2.2.2 FLOCULAÇÃO E DISPERSÃO DA ARGILA
Devido ao pequeno tamanho da partícula de argila e sua grande área superficial, a
argila torna-se suscetível aos efeitos dos campos de forças desbalanceadas, que surgem das
interações entre as interfaces das partículas do solo, os cátions adsorvidos e a água,
(MITCHELL, 1993). A dupla camada elétrica ou camada difusa é uma superfície com carga
na fase sólida e a distribuição de íons na fase adjacente (solução do solo). A interação entre
duas partículas depende da intensidade de forças a atração (Van der Waals), que ocorrem
quando as partículas estão muito próximas; e repulsão, que são consequência da repulsão das
cargas elétricas de mesmo sinal. À medida que se afasta da superfície vamos ter menos força
de atração e mais força de difusão, Figura 2.6.
Figura 2.6 – Formação da dupla camada difusa numa micela mostrando: (a) a partícula seca e
(b) hidratada, (FILHO, 2012).
O efeito líquido resultante das interações na dupla camada poderá promover a
floculação ou a dispersão. Assim, quando em uma dispersão coloidal em meio líquido
predominam as forças de atração, ocorre a floculação ou coagulação e as partículas
12
aproximam-se formando pequenos flocos que decantam até o fundo do recipiente. A
tendência de floculação se dá por um decréscimo na espessura da dupla camada, reduzindo a
repulsão elétrica, em razão do aumento de determinadas variáveis (concentração eletrolítica
do meio, valência do íon e temperatura); e da diminuição de outras características (constante
dielétrica, tamanho do íon hidratado, pH e adsorção aniônica), (LAMBE e WHITMAN,
1979).
Quando predominam as forças de repulsão, a dispersão tende a se estabilizar, não
ocorrendo à aproximação entre as partículas, temos a dispersão. A dispersão tem relação com
o aumento da espessura da Dupla Camada Difusa.
2.2.3 PONTO DE CARGA ZERO
É o valor de pH (logaritmo negativo da concentração, atividade, de hidrogeniônica)
em que a quantidade de prótons adsorvidos gerando cargas positivas é igual ao número de
hidroxilas que geram cargas negativas, sendo a carga superficial do colóide igual a zero. É
específico para cada mineral. No ponto de carga elétrica zero (PCZ), ocorre a floculação que,
por sua vez, tem influência favorável na estruturação do solo, razão pela qual é aconselhável
que o pH de solos com os referidos tipos de colóides não se afastem muito do PCZ.
2.3. EXPANSÃO DOS SOLOS
O solo pode se expandir sem ser um solo expansivo. A expansão não é uma
característica única de solo expansivo, pois qualquer estrutura carregada, ao retirar a carga
poderá haver aumento de volume do solo devido ao alívio de tensão. Por outro lado, durante o
processo de cisalhamento dos solos muito compactos, a superfície de ruptura poderá estar em
cisalhamento devido ao entrosamento das partículas e ao rolarem uma sobre as outras, pode
causar uma dilatação provocando variação de volume apesar de não ser solo expansivo.
Para o solo ser expansivo deve ter características mineralógicas que são:
argilominerais de estrutura laminar do tipo 2:1, combinação de duas folhas tetraédricas (Te) e
uma folha octaédrica (Oc), principalmente do grupo esmectitas, nas montmorilonita e
13
vermiculita verifica-se uma maior instabilidade volumétrica, além dos interestratificados de
montmorilonita como a clorita, ilita e vemiculita ou até mesmo de outros minerais, como a
haloisita também apresentam capacidade de expansão, porém mais limitada, (FERREIRA,
1995).
A expansibilidade constitui um fenômeno essencialmente físico-químico, podendo
estar também associado a causas mecânicas, e tem sido explicada com base nas forças
existentes entre partículas e entre camadas estruturais. O propósito do conhecimento da
expansão de um solo é identificar e classificar o seu potencial de expansão (entenda-se
variação volumétrica específica) e a sua pressão de expansão, ou pressão a ser aplicada a uma
amostra que já sofreu expansão, para que o seu volume retorne ao valor inicial de modo a
permitir ao engenheiro uma avaliação quantitativa dos problemas que possam advir da sua
utilização como material de construção. As características que evidenciam o comportamento
dos solos expansivos são evidenciadas por Ferreira (1995), como é mostrado:
SOLOS EXPANSIVOS: São solos não saturados; possuem argilominerais de estrutura
laminar do tipo 2:1 principalmente do grupo esmectitas, como as montmorilonita ou
vermiculita. Contrações e expansões com aparecimento de superfícies de fricção; solos com
drenagem baixa e atividade alta, derivados de rochas ígneas, basicamente Basalto, Diabases e
Gabos, e de rochas sedimentares basicamente: Folhelhos, Margas e Calcários; São de regiões
onde a evapotranspiração excede a precipitação, regiões de alternância de estações secas e
chuvas intensas e concentradas.
2.3.1 MECANISMO DE EXPANSÃO
Os mecanismos de expansibilidade físico-químicos podem ser intercristalinos ou
intracristalinos e osmóticos. A expansibilidade intercristalina ocorre quando a absorção de
água se faz através das superfícies externas dos cristais dos minerais argilosos, e dos vazios
entre esses cristais, ou seja, quando é possível a absorção de água no interior dos cristais, ou
entre as camadas estruturais. A água absorvida forma sucessivas camadas monomoleculares
sobre as partículas dos minerais argilosos, afastando as unidades estruturais e as próprias
partículas, (NEVES, 1993). A ilita apresenta expansibilidade intercristalina devido à forte
14
atração eletroestática gerada pelos íons monovalentes K+ que ligam as camadas estruturais e
não permitem a entrada de água.
A expansibilidade intracristalina é justificada pelo desequilíbrio entre as forças
atrativas que ligam as camadas estruturais (inferiores) e as forças atrativas responsáveis pela
absorção de água e depende da natureza cristalográfica do argilomineral, (GILLOT, 1987).
Como nas argilas predominam cargas eletronegativas, quando estas entram em contato com a
água, seus íons H+
são atraídos pelas partículas de argila e ocupam posições entre as lâminas
cristalográficas, separando-as para atraí-los. Resultando em “dupla camada” (várias capas de
molécula de água fortemente adsorvidas). Existindo cátions trocáveis, cada cátion tende a
rodear-se de dipolos de água, em consequência há um aumento do espaço laminar e, com isso,
do inchamento.
São admitidas duas fases no processo de expansibilidade osmótica de um solo,
(OLPHEN, 1963). Este tipo de expansibilidade é o que origina as maiores variações de
volume. Na primeira, as moléculas de água penetram entre as camadas estruturais das argilas
ou entre as superfícies planas das partículas adjacentes, tendendo a separá-las; interação
eletroestático entre as superfícies e os cátions dispersos; e a energia de adsorção das
moléculas de água. Esta última é a mais importante e é da ordem de vários milhares de
atmosferas para a primeira camada de água, decrescendo rapidamente com a adição das
camadas seguintes. Na segunda fase, as superfícies das partículas estão já separadas por
distâncias superiores a quatro camadas monomoleculares de água, sendo por isso a energia de
adsorção já relativamente reduzida, o que permite que a energia de repulsão da dupla camada
elétrica se sobreponha. Com a continuação da adsorção de moléculas de água a referida
distância tende a aumentar, e com ela as forças de repulsão.
A expansibilidade osmótica depende da natureza dos cátions trocáveis. As argilas em
que o cátion trocável é o sódio exibem uma expansibilidade muito maior de que aquelas em
que esse papel é assumido pelo cálcio. Isto porque os cátions monovalentes, e em fraca
concentração, originam pressões de expansão superior devido à formação de duplas camadas
elétricas mais extensas. Assim, a adição de produtos à base de cálcio, nomeadamente a cal, é
um dos processos existentes para diminuir a expansibilidade das argilas, embora nem todos os
minerais argilosos apresentem este tipo de expansibilidade, especialmente os minerais de
maiores dimensões.
15
As montmorilonitas são as argilas que apresentam maiores variações volumétricas por
absorção de água, o que se entende ser justificado pelo seguinte: quando uma partícula de
montmorilonita é posta em contacto com a água as moléculas de água penetram entre as
camadas estruturais fazendo aumentar o espaçamento basal, originando um aumento de
volume que pode, no máximo, duplicar o volume da partícula, (CASTRO, (1974) apud
CRISTELO (2001)). As caulinitas são argilas que não exibem expansibilidade de natureza
físico-química. A reduzida distância entre camadas estruturais impede a entrada de água e o
fraco potencial elétrico implica uma fraca adsorção superficial. Se ocorrer expansão nas
caulinitas, ela será de origem mecânica.
Roo (2006) apud Fereira(2010) considerou três fases para o processo de deformação
de expansão e/ou colapso do solo, Figura 2.7. O Inicial - a intervalos de menos de 1 minuto,
há pequenas deformações no solo e a água se infiltra apenas na periferia; Primário - intervalo
de 1 a 300 minutos, a água se infiltra a partir da periferia para o centro, umidificando o solo
progressivamente, ocorrendo deformações com maior intensidade; Secundário - intervalo
superior a 300 minutos, a água chega ao centro do núcleo, e os espaços vazios são quase
completamente cheios de água e a velocidade da deformação diminui. O autor conclui que as
defornações iniciais estão associadas com a microestrutura, enquanto que as deformações
primária e secundária estão associadas com a macroestrutura.
Figura 2.7 – Comportamento da variação de deformação no período de tempo sob tensão (a)
pequena alteração na umidade do solo, (b) mudança de umidade na periferia do solo, (c)
apenas o núclo central mantém a umidade inicial, (d) não há mudança na umidade do solo,
(FERREIRA, 2010).
16
2.3.2 CRITÉRIO DE IDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS EXPANSIVOS E TÉCNICAS
DE ENSAIOS
Atualmente, há inúmeros métodos de identificar argilas potencialmente expansivas,
critérios esses definidos por diversos pesquisadores que diante da complexidade do problema
de identificação desses solos fizeram hipóteses simplificadoras e uso de métodos numéricos
em busca de solução. Esses métodos podem ser identificados como sendo métodos diretos e
métodos indiretos, Tabela 2.2, (SCHREINER (1987) e FERREIRA (1995)).
Tabela 2.2 – Métodos de Identificação de Solos Expansivos, (SCHREINER (1987) e
FERREIRA, 1995)).
Métodos Sub-Divisões Critério Referência
INDIRETOS
Identificativos
Difração e raio X,
Microscopia eletrônia de
varredura, Análise termo-
diferencial e Adsorção de
etilenoglicol e glicerina.
AYALA et al. (1986)
Físico-químico FINK et al. (1971)
Orientativos
Granulometria,
Consistência e Índices
físicos e Classificação
Geotécnica
PRIKLONSKIJ (1952),
SKEMPOM (1953), SEE et al.
(1962), VAN DER MERWE
(1964) CHEN (1965),
VIJAYVERVIA e GHAZZALY
(1973), RODRIGUEZ ORTIZ
(1975), CUELLAR (1978).
DAKSANAMURTHY e RAMAN
(1973).
Qualitativos
Geologia, Geomorfologia,
Pedologia e Identificação
visual.
PATRICK e SNETHEN (1976),
AYALA et al. (1986),
FERREIRA (1990c e 1993a).
DIRETOS
Avaliativos Ensaio de Expansão de
Lambe LAMBE (1960).
Quantitativos
Expansão Livre e Tensão
de Expansão, Ensaios
Edométricos Duplos e
Simples.
SEED et al. (1962), CHEN
(1965), VIJAYVERVIYA e
GHAZZALY (1973),
RODRIGUEZ ORTIZ (1975),
CUELLAR (1978), JIMENEZ
SALAS (1980).
Ensaios Edométricos de
Sucção controlada
ESCARIO (1967 e 1969),
AITCHISON et al. (1973),
JOHNSON (1978), McKEEN
(1980).
17
2.3.2.1 Métodos Diretos
Os métodos diretos são baseados na medida da expansão induzida ao solo ou da
tensão necessária para impedir esta expansão, realizando-se ensaios mecânicos do tipo
edométrico onde procuramos simular, ao máximo, a condição de campo sendo por
carregamento, por inundação ou percolante. Inundam-se os corpos de prova, quando as
deformações decorrentes de certa pressão já se estabilizaram mede-se a expansão ocorrida. A
expansão depende da pressão aplicada à amostra, sendo tanto menor quanto maior a pressão.
Existe uma pressão na qual não há expansão, pressão esta denominada de pressão de
expansão. Para pressões maiores que esta, é comum ocorrer contração do solo. Para a
determinação da pressão de expansão, diversos corpos de prova são ensaiados, cada qual
inundado com uma pressão diferente, medindo-se a expansão correspondente. Obtém-se por
interpolação a pressão para qual não há expansão.
Este critério oferece informações quantitativas a respeito dos valores das deformações
volumétricas devido à expansão.
QUANTITATIVO – é simulado e quantificado a expansão em função do carregamento, do
nível de tensão que está sendo aplicado. A simulação é feita nas duas condições mais comuns
de campo: carregar e inundar, ou inundar e carregar. No laboratório pode-se fazer variação de
umidade simulando diferentes tensões.
Métodos quantitativos obtidos através de ensaios edométricos (o ensaio edométrico ou
ensaio de adensamento lateralmente confinado, é um tipo de ensaio utilizado para medir as
propriedades mecânicas dos solos: resposta do solo a uma dada solicitação no que diz respeito
a deformações verticais) utilizam duas características básicas: a expansão “livre” e a tensão de
expansão, (FERREIRA, 1995).
Os ensaios de expansão “livre” medem a variação de espessura da amostra fazendo-se
uma relação entre a sua altura inicial e final, quando é colocada dentro de um recipiente com
água. Para se determinar a expansão livre coloca-se a amostra do solo no edômetro e
inundando-se com uma pequena tensão, permitindo a sua expansão livremente. A expansão
“livre” é determinada em percentual após a sua estabilização. As metodologias aplicadas para
este ensaio são com relação a sobrecarga aplicada, nessas metodologias as tensões mais utilizadas
18
são 1kPa, 7 kPa e 10 kPa, e a metodologia que utiliza a tensão de 50 kPa em amostras deformadas
(compactadas ou ressecadas ao ar), (CHEN, 1965).
A percentagem de expansão “livre” pode ser encontrada através da equação 1.
El (livre) (%) = ∆𝐻
𝐻* 100 (1)
Onde,
El = expansão “livre”, em percentagem.
∆H = altura da expansão devido à saturação
H =altura do corpo de prova antes da inundação
A Tabela 2.3 apresenta a classificação de um solo de acordo com seu potencial de
expansão.
Tabela 2.3 – Classificação do grau de expansão de um solo (GOOSEN et al. 2006).
Grau de Expansão Chen (1983) Seed et al. (1962) Daksanamurthy and Raman
(1973)
Muito Alto LL > 60 IP > 35 LL > 70
Alto 40 < LL ≤ 60 20 < IP ≤ 35 50 < LL ≤ 70
Médio 30 ≤ LL ≤ 40 10 ≤ IP ≤ 20 35 < LL ≤ 50
Baixo LL< 30 < 10 20 ≤ LL ≤ 35
A tensão de expansão é avaliada através de diferentes métodos envolvendo diferentes
trajetórias de tensão. Entre esses estão:
Método 1: Carregamento após expansão com diferentes tensões verticais de
consolidação. Aplica-se uma tensão na amostra confinada na lateral induzindo-a a expandir
pela inundação, mede-se esta expansão em intervalos de tempo até sua estabilização, em
seguida a amostra é consolidada com aumento da tensão aplicada até que se alcance a altura
inicial. A tensão de expansão da amostra será a máxima tensão obtida.
Método 2: Expansão e colapso sobtensão. Aplica-se uma tensão na amostra de solo,
após a consolidação inunda-se e mede-se a deformação ocorrida. Usando um papel semi-
logarítmo marca-se o ponto correspondente a tensão aplicada e a deformação ocorrida. Com
19
estes pontos traça-se uma reta e a tensão de expansão é obtida por extrapolação
correspondente a deformação zero.
Método 3: Volume constante. Consiste em medir no edômetro a tensão necessária para
impedir a mudança de volume da amostra de solo depois de inundá-lo.
Método 4: Rao et al (1988). Aplicam-se sucessivas pequenas tensões quando o corpo de
prova é inundado, procurando impedir a expansão de volume. Assim, como no ensaio de
adensamento, continua-se a aplicar tensões. A tensão de expansão é obtida por procedimento
gráfico similar a determinação da tensão de pré-consolidação de um solo saturado.
Método 5: Justo et al (1984). A tensão de expansão é obtida pela interseção da curva de
inundação sob tensão com a curva de umidade constante.
Método 6 : "Edométrico duplo". Consiste em determinar a tensão de expansão através
das curvas obtidas a partir do ensaio edométrico duplo. A tensão de expansão será a tensão que
corresponde, no corpo de prova inundado, ao mesmo índice de vazios inicial do corpo de prova
na umidade natural.
2.3.2.2 Métodos Indiretos
São aqueles que recorrem à identificação mineralógica, índices físicos, limites de
consistência ou parâmetros ligados à textura, composição e comportamento dos solos.
O método mais usual para identificação e analisar o comportamento do argilomineral
se baseia no ensaio de Difração de Raios-X. Os ensaios de Índices de consistência tem uma
ampla aceitação, isto se deve ao fato de que a plasticidade está relacionada com a
expansividade, porcentagem da fração argilosa e tipo de argilomineral. Um solo que tem um
valor do índice de plasticidade (IP) alto e baixas porcentagens de argila, tem uma
expansividade alta.
Os critérios deste grupo são informações de caráter Identificativo, Orientativo e
Qualitativos, sendo de fácil obtenção em ensaios de laboratório e/ou campo.
20
IDENTIFICATIVO – este método nos permite ver a estrutura do solo. Para solos expansivos
precisamos identificar o mineral. Os ensaios realizados são a difração de Raios-X e
microscopia eletrônica de varredura. A difração de Raios-X é uma técnica que permite uma
análise não destrutiva e rápida que fornece informações relativas à identificação dos minerais
presentes numa argila.
QUALITATIVO - informa a porcentagem de argila, de silte, o limite de liquidez e o limite
de plasticidade. Não é um critério de identificação com precisão para esses solos especiais,
pois o resultado do ensaio pode apresentar uma argila que seria identificada como expansiva e
não ser.
ORIENTATIVO - é um método de orientação com base na pedologia que nos informa
aspectos com respeito à porosidade do solo, a mineralogia, o ambiente em que o solo foi
formado. Obtendo este mapa pedológico do solo podemos nos orientar qual o verdadeiro
potencial do solo analisado.
As diferentes técnicas podem levar a valores diferentes e parâmetros equivalentes. Por
isso Schreiner (1987) afirma que não há um método que julgue ser universalmente
representativo.
2.3.3 EXPANSÃO: FATORES INFLUENTES
Na avaliação de fatores que influenciam na expansão de um solo, deve ser feita
distinção entre expansividade intrínseca do solo, potencial de expansão para o teor de
umidade do campo e potencial de levantamento da superfície ou de qualquer outro ponto no
interior do mesmo.
Schreiner (1987) diferencia o conceito de expansividade intrínseca, expansão e
inchamento. Expansividade intrínseca é a capacidade do argilomineral absorver água,
propriedade resultante em que a composição mineralógica interage com a água. A expansão
de um solo é a mudança de volume associada à variação no estado das tensões (tensão
vertical, estrutura e sucção). O inchamento é o deslocamento vertical resultante de um solo
expansivo, sendo um parâmetro usualmente medido em campo.
21
Ayala et al. (1986) afirma que para que o solo seja expansivo é necessário que exista e
entre em funcionamento mecanismos que produzam a instabilidade volumétrica do solo e que
haja forças capazes de transferir a umidade de um ponto a outro do solo.
Estes requisitos são classificados em intrínsecos, próprios dos solos (composição
mineralógica, textura, capacidade de troca catiônica, cátions trocáveis, estrutura do solo) que
estabelecem a capacidade expansiva teórica, e extrínseco são impostos por fatores externos,
tais como a climatologia, hidrogeologia, vegetação e até mesmo a atuação antrópica, que
determinam se o potencial pode ou não se desenvolver.
Para que um solo seja potencialmente expansivo é necessário que esteja na condição
de solo não saturado. Desta forma seu teor de umidade está em equilíbrio com a transpiração
da vegetação presente, a evaporação à superfície do terreno e a ascensão capilar da água. A
atividade expansiva do solo se manifesta quando este equilíbrio é temporariamente
interrompido, seja pela ação antrópica ou por fatores naturais, (FERREIRA, 1988).
Ferreira (1995) aponta, ainda, outros condicionantes, igualmente importantes: fatores
ligados ao solo (distribuição das partículas de argila, porosidade, orientação mineralógica,
cimentação etc.); e à estrutura (o perfil estratigráfico, a espessura do solo, a descontinuidade
etc.). Adverte que a capacidade expansiva do solo não depende somente do tipo de argila
existente, mas, também, da natureza da fração argilosa e de sua formação.
2.3.4 LOCAIS DE OCORRÊNCIA DE SOLOS EXPANSIVOS
Chen (1975) lista que há registro de solos expansivos em todo o mundo Cuba, México,
Marrocos, Turquia entre outros. Ferreira (1995) acrescenta Estados Unidos, Canadá,
Argentina, Peru, Venezuela, Austrália, China, Índia, Romênia, Reino Unido, Espanha,
Angola, Etiópia, Gana, Kênia, Nigéria, África do Sul, Israel, Jordânia, Arábia Saudita. No
Brasil os solos expansivos são encontrados em várias regiões, conforme Tabela 2.4. No
Centro Sul, nos Estados do Paraná, São Paulo e Santa Catarina; no nordeste, no norte da
Bahia passando por Pernambuco até atingir o Ceará.
22
Tabela 2.4 – Ocorrência de Solos Expansivos no Brasil, (Modificado por FERREIRA et al.
2012).
Nº LOCAL REFERÊNCIA
ORIGEM/TIPO DE
SOLO/CLASSE
PEDOLÓGICA
1 Paulo Dutra - MA FERREIRA (1988) -----------------
2 Parelhas - RN LINS et al. (1986) Formação Seridó
3 Carnaíba - PE FERREIRA (1988) Complexo Monteiro/Bruno não
Cálcico
4 Afrânio - PE FERREIRA (1989)
Grupo
Salgueiro/Cachoeirinha/Areia
Quartzosa/Bruno não Cálcico
5 Petrolina - PE FERREIRA (1989) Grupo Salgueiro/Areia
Quartzosa/Bruno não Cálcico
6 Cabrobó - PE FERREIRA (1989) Complexo Presidente
Juscelino/Bruno não Cálcico
7 Salgueiro - PE FERREIRA (1989) Bruno não Cálcico
8 Serra Talhada - PE FERREIRA (1989) Complexo Monteiro/Bruno não
Cálcico
9 Petrolândia - PE FERREIRA (1989) Areia Quartzosa
10 Ibimirim - PE FERREIRA (1989) Bruno não Cálcico
11 Pesqueira / PE SILVA e FERREIRA (2007) Planossolo
12 Nova Cruz/ PE FERREIRA (1997) Formação Barreiras
13 Paulista - PE FERREIRA (1989) Formação Maria Farinha
14 Olinda - PE COSTA NUNES et al. (1982) Formação Maria
Farinha/Silticos
15 Olinda - PE JUCA et al. (1992) Formação Maria Farinha
16 Cabo - PE COSTA NUNES et al. (1982) Rochas Extrusivas Básicas
17 São Francisco/PE LEITE e FERREIRA (2012) Sedimento do Recôncavo,
Tucano e Jatobá.
18 Suape/PE FERREIRA et al..(2012) Formação Maria Farinha do
Grupo Barreiras
19 Reservatório de
Itaparica - PE - BA
SIGNER et al. (1989), VARGAS
et al. (1989) Silticos e Argilitos
20 Reservatório de
Itaparica - PE - BA SANTOS e MARINHO (1990)
Sedimentos da Bacia do Jatobá
da Formação Aliança
21 Maceió - AL FERREIRA (1988) Bruno não Cálcico
22 Aracaju / SE CAVALCANTE (2007) Formação Calimbi
23 Juazeiro - BA FERREIRA (1989) Grupo Salgueiro
24 Recôncavo Baiano -
BA
SIMÕES e COSTA FILHO
(1981)
Grupos Ilha e Santo Amaro e
Formação São Sebastião/
Vertissolo
25 Baía de Aratu - BA BARRETO et al. (1982) Vertissolo
26 Feira de Santana - BA PRESA (1986) Solos Residuais/Vertissolo
23
27 Recôncavo Baiano -
BA SIMÕES (1986)
Grupos Ilha e Santo Amaro e
Formação São Sebastião/
Vertissolo
28 Salvador - BA PRESA (1986) -----------------
29 Cuiabá / MT RIBEIRO JÚNIOR et al (2006) Grupo Cuiabá / Filito
30 Campinas - SP SÃMARA (1981) Podzólico
31 Sudeste de São Paulo e
Paraná VARGAS et al (1989) Formação Tubarão
32 Curitiba / PR PEREIRA e PEJON (2004) Formação Guabirotuba
33 Porto Alegre - RS VARGAS et al (1989) Formação Rosário do Sul
34 Laranjeiras - SE GUSMÃO FILHO et al (2002) Formação Barreiras
35 N.S. do Socorro - SE GUSMÃO FILHO et al (2002) Formação Barreiras
36 Grajaú - MA GUSMÃO FILHO et al (2002) -----------------
2.4. CONCEITO SOBRE ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS E FORMAS DE
APLICAÇÃO
Estabilizar um solo é de um modo geral, utilizar um processo de natureza física, físico-
química ou mecânica, de maneira a tornar esse solo estável para os limites de sua utilização,
fazendo com que esta estabilidade permaneça sob ações de cargas exteriores e ações
climáticas variáveis, (BAPTISTA, 1976).
2.4.1 TIPO DE ESTABILIZAÇÃO
Guimarães (2002) afirma que há várias técnicas sendo usadas na estabilização de
solos, essas técnicas são divididas em dois grupos:
estabilização mecânica - procura-se melhorar as características do solo através de correção da
sua composição granulométrica e plasticidade por incorporar ou retirar determinadas
quantidades de frações do solo, até a obtenção de parâmetros estabelecidos por normas.
estabilização química - modifica-se permanentemente as propriedades físicas e mecânicas do
solo com a utilização de aditivos como a cal, o cimento Portland, silicatos de sódio, materiais
betuminosos, resinas, compostos de fósforo, em quantidade que seja suficiente para que se
possam influenciar positivamente essas propriedades melhorando-as.
24
Silva (2012) afirma que além de aditivos químicos convencionais como o cimento
Portland, a cal, o betume, há também os nãos convencionais como Licor Kraft, DS- 328,
vinhoto, alcatrão de madeira, etc.
Há métodos e processos de estabilização de solos, além dos mencionados
anteriormente, que podem oferecer ao solo características de resistência e melhoria de suas
qualidades naturais, como: solos reforçados com geossintéticos, solo pregado, colunas solo-
cal, colunas solo-brita, compactação dinâmica, Jet grounting, compaction grounting, drenos
verticais de areia, mico estacas, estabilização via fenômenos de condução em solos, (SILVA,
2012).
A opção por um ou outro método de estabilização é influenciada por uma série de
fatores, entre os quais se destacam: os econômicos, a própria finalidade da obra, as
características dos materiais e as propriedades do solo que devem ser corrigidas.
Em função do objetivo proposto neste estudo enfatizou-se no método de estabilização
química com a adição de cal, do que outros.
2.4.2 FORMAS DE APLICAÇÃO
Silva (2010) relata que de uma forma geral a aplicação da cal ao solo é feita por se
espalhar a cal em determinada área, em seguida é feito a mistura com o solo através de um
veículo munido com equipamento de mistura, por fim, após um período de espera é realizado
a compactação. No entanto há outras formas de se aplicar essa técnica de estabilização:
através de estacas de cal - consiste em furos de pequeno diâmetro preenchidos com cal
usados para melhorar a estabilização de taludes, como benefício de sua utilização está
o fato delas secarem o solo envolvente, no entanto a logo prazo o solo vai retornando
ao seu teor em água e pressão intersticial original, mas a estaca permanece com uma
fina crosta em sua volta.
ainda há estacas de cal reforçadas, essas contêm uma barra de aço no centro
(protegidas pela cal quanto a corrosão) que contribui para a estabilização do talude,
25
(PERRY et al, 1996).
através de coluna de solo - as colunas de solo estabilizado com cal foram
desenvolvidas especificamente para melhorar a capacidade de carga e reduzir o
assentamento de argilas moles. Este método consiste em remoldar solo in situ
misturando-o, simultaneamente, com cal, através da utilização de injetores rotativos
dotados de alhetas. A ação conjugada do remeximento e da injeção dá origem a uma
coluna de solo estabilizado. O óxido e o hidróxido de cálcio são os produtos mais
utilizados. A resistência ao corte não drenada do solo estabilizado relativamente ao
solo natural é cerca de 10 a 40 vezes superior, dependendo do valor inicial, (VAN
IMPE, 1989).
2.5. EVOLUÇÃO DO USO DA CAL
A cal começou a ser usada como material ligante, misturada ou não com outros
produtos, pelo homem desde a pré-história, recebendo mais destaque com a documentação
arqueológica das construções das pirâmides pelos Egípcios, cerca de 3000 anos aC, passando
a arte de manipular a cal para os Gregos, em sequência os Romanos e depois para outras
regiões mediterrâneas e circunvizinhas até a modernidade, (GUIMARÃES, 2002). No
entanto, foram os Romanos que desenvolveram a aplicação da cal para a área da geotecnia na
secagem de terrenos.
Nos Séculos XVIII e XIX houve uma abordagem científica pelo químico inglês Joseph
Black, completado o seu trabalho por Vicat e Debray, esses escreveram sobre as reações que
ocorriam na fabricação da cal, a identificação das propriedades físico-químicas, todos os tipos
de cal e suas utilizações, (CRISTELO, 2001).
No século XX, com o desenvolvimento industrial, os EUA (1924) passaram a criar
vários centros de produção e a usar a cal em grande escala. No entanto, foi entre os anos 40 e
50 que eles começaram a realizar estudos em laboratório de solos e esta técnica evoluiu e cada
vez mais se popularizou e se propagou para outros países.
No Brasil foi em 1549, na cidade de Salvador da Bahia que ocorreu a instalação das
primeiras “caideiras” para a fabricação de cal virgem, a partir de conchas marinhas, para
26
argamassas de revestimento e pintura de casarios. A colonização portuguesa levara para o
Brasil a arte de fabricar cal, (MME, 2009).
No entanto, no século XX, na década de 50, houve um desenvolvimento tecnológico e
produtivo na produção brasileira de cal. Guimarães (2002) relata que na década de 60(do
mesmo século) a técnica como corretivo de solo começou a ser utilizada em obras como: a
Área de hangares da Varig, no aeroporto de Congonhas, rodovia Brasília – Fortaleza, rodovia
Curitiba-Porto Alegre. Nos dias de hoje o parque industrial da cal possui empresas com
capacidade produtiva e tecnologia nivelados como as mais modernas do mundo.
O Brasil mantém a 5ª posição entre os países produtores, a China lidera o ranking da
produção mundial de cal, com uma participação de mais de 80%, seguida pelos Estados
Unidos, que respondem por mais de 9% deste mercado, e nas terceira e quarta posição estão
Japão e Rússia com quase 4% cada, ABPC (2008), Cerca de 73% da produção brasileira de
cal é realizada no Sudeste, onde se concentram os maiores produtores, principalmente em
Minas Gerais, vindo logo a seguir São Paulo, Rio de Janeiro e Espírito Santo. Na região
Nordeste, encontra-se 6% da oferta brasileira de cal. O Rio Grande do Norte destaca-se como
grande produtor dessa região, com destaque para a região de Mossoró, o Ceará também
registra produção de cal, no município de Altaneira, localizada no Cariri Oeste, que tem como
principal fonte de renda a produção de cal, (CETEM, 2012).
2.6. ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS COM O USO DA CAL
Uma das técnicas mais antigas utilizadas pelo homem para obtenção da estabilização
ou melhoria de solos instáveis é a adição da cal, (GUIMARÃES, 2002). Ao aplicar esta
técnica de estabilização química “solo-cal” procurou-se identificar qual o percentual ideal de
cal com relação ao solo para que este perca de forma desejável a sua expansividade.
A cal utilizada na estabilização ou melhoria dos solos é o produto da calcinação, em
temperatura aproximadamente de 1000°C, de rochas carbonatadas constituídas
predominantemente por carbonato de cálcio e/ou carbonato de cálcio e magnésio, resultando,
respectivamente, em óxidos de cálcio (CaO) e cálcio Magnésio (CaO – MgO), denominadas
genericamente de cal virgem, cal aérea ou cal viva (Guimarães, 2002). A adição controlada de
27
água à cal viva (CaO) produz a cal hidratada Ca(OH)2, que é o produto de maior uso em
trabalhos de estabilização de solos, (MENDONÇA, 1998).
As reações da formação da cal virgem e da cal hidratada, respectivamente, são
representadas pelas equações 2 e 3.
CaCO3 + calor→ CaO + CO2 (2)
CaO + H2O → Ca(OH)2 + calor (3)
CaCO3 → Carbonato de Cálcio
CaO → Cal Cálcica Virgem
CO2 → Dióxido de Carbono
H2O → Água
Ca (OH)2 → Cal Cálcica Hidratada
Cincotto (1980) com o objetivo de conhecer a qualidade da cal brasileira realizou um
programa de caracterização da cal seguindo as especificações da ABNT – Associação
Brasileira de Normas Técnicas. Amostras foram submetidas a análise termogravimétrica com
a finalidade de detalhar quantitativamente a composição química da cal hidratada. A análise
térmica diferencial obtida está representada na Figura 2.8. Na interpretação das curvas a
autora admitiu, aproximadamente, até 300 ºC, perda de umidade; entre 300 ºC e 380 ºC (1ª
inflexão) desidroxilação do hidróxido de magnésio; entre 380 ºC e 620 ºC (2ª inflexão)
desidroxilação do hidróxido de cálcio; e entre 620 ºC e 740 ºC (3ª inflexão) dissociação do
carbonato de cálcio. As perdas de peso indicadas nas curvas TG da Figura 2.8 estão reunidas
na Tabela 2.5.
28
Figura 2.8 – Curvas da Termogravimetria, (CINCOTTO, 1980).
Tabela 2.5 – Resultado obtido da Termogravimetria, (CINCOTTO, 1980).
Amostra
Massa
Total de
amostra
(mg)
Umidade
(mg)
Perdas de peso devidas a reações de composição dos
compostos
Mg (OH)2
(mg)
Ca (OH)2
(mg)
CaCO3
(mg)
Total
(%)
1 6,284 0,040 0,500 0,751 0,300 25,32
2 5,189 0,025 0,235 0,590 0,525 26,50
3 4,859 0,050 0,425 0,425 0,300 24,70
4 5,833 0,025 0,235 0,690 0,225 16,52
5 5,031 0,025 0,050 7,770 0,375 22,85
A análise por difração de raios-X indicou uma composição diferente da obtida por
cálculo a partir da análise química, com relação aos óxidos de cálcio e de magnésio, acusando
a presença de ambos em todas as amostras, enquanto o cálculo indicou a ausência de óxidos
de cálcio para todas e a presença de magnésio em algumas delas. O fato observado coloca em
dúvida a validade da Especificação Brasileira de “Cal hidratada para argamassas”, EB-153,
para a aceitação ou rejeição, visto que ela especifica limites para os teores de óxidos de cálcio
e de magnésio obtidos através de cálculos. O elevado teor de anidrito carbônico de algumas
amostras indicaram problemas de fabricação. A autora analisou a microestrutura da cal
29
através da microscopia eletrônica de varredura e observou que o resíduo da amostra era
constituído de grãos angulosos, aparentemente de matéria prima não decomposta por
calcinação ou por hidratação, Figura 2.9 (a), e na fração fina da amostra observou-se
aglomerados de cristais em placas, Figura 2.9 (b).
Figura 2.9 – Eletromicrografia da cal hidratada (a) de matéria prima não decomposta por
calcinação ou por hidratação (aumentada em 100X); (b) aglomerados de cristais em placas
(aumentada em 10.000X), (CINCOTTO, 1980).
As cales na forma hidratada utilizada na estabilização ou melhoria dos solos no
Brasil deve obedecer as exigências da norma NBR – 7175, (GUIMARÃES, 2002) . A Tabela
2.6 mostra algumas exigências contidas nessa norma.
Tabela 2.6 − Exigências das cales hidratadas Nacionais (NBR 7175/2003).
Exigências Químicas Limites
Compostos CH-I CH-II CH-III
Anidrido Na Fábrica ≤ 5% ≤ 5% ≤ 13%
Carbônico (CO2) No Depósito ≤ 7% ≤ 7% ≤ 15%
Óxidos de Cálcio e Magnésio não hidratado
calculado (CaO+Mgo) ≤ 10% ≤ 15% ≤ 15%
Óxidos Totais na base de não-voláteis
(CaOt+MgOt)² ≥ 90% ≥ 88% ≥ 88%
Exigências Físicas Limites
Compostos CH-I CH-II CH-III
Finura (% retida
acumulada)
Peneira 0,600 mm ≤ 0,5% ≤ 0,5% ≤ 0,5%
Peneira 0,075 mm ≤ 10% ≤ 15% ≤ 15%
Retenção de Água ≥ 75% ≥ 75% ≥ 70%
Incorporação de Areia ≥ 3,0 ≥ 2,5 ≥ 2,2
Estabilidade
Ausência de cavidade ou
protuberâncias
Plasticidade ≥ 110 ≥ 110 ≥ 110
30
2. 6.1. REAÇÃO SOLO-CAL
A adição de cal a um solo e na presença de água desencadeia uma série de reações.
Quando se adiciona cal a um solo fino acontecem reações em duas etapas, uma de forma
imediata (após alguns minutos de contato), devido ao mecanismo de troca catiônica,
floculação, compressão da dupla camada elétrica, adsorção de cal e reações químicas. E a
segunda de forma lenta (meses ou anos), caracterizada pelas reações de cimentação
pozolânicas e a carbonatação. A existência e intensidade destas reações estão relacionadas
com o tipo de solo, (granulometria, mineralogia das partículas), com o tipo e teor de cal,
temperatura e tempo de cura, (THOMÉ, 1994).
A troca de íons é uma reação rápida e consiste na troca de base com os cátions fortes
da cal substituindo os íons metálicos fracos, como sódio, magnésio e hidrogênio na superfície
da partícula de argila. Esta reação diminui a plasticidade do solo. A floculação e a aglutinação
ocorrem na fração de argila, com aparente mudança de textura, aglutinando as partículas de
argila de maior diâmetro. A carbonatação envolve a absorção de dióxido de carbono (CO2) do
ar que reage com o hidróxido de cálcio ou magnésio da cal, formando um agente cimentante
fraco, ou seja, uma reação indesejável, tendo em vista que esta pode deter a reação
pozolânica. A reação pozolâmica é lenta e ocorre entre a sílica ou alumínio do solo e a cal,
produzindo um gel de silicato de cálcio aluminatos cimentante das partículas de solo,
(BAPTISTA, 1978).
Para o melhor entendimento de cada ação, Castro (1981) considerou cinco faixas de
pH.
i) pH < 4,0 - ocorre, essencialmente, troca iônica de grande parte do íon H+ e de
alguns cátions;
ii) 4,0 < pH < 5,6 - O Al+3
trocável é neutralizado e pequena parte H+ depende do pH
deslocado;
iii) 5,6 < pH < 7,6 - caracteriza-se pelo início da reação de polímeros terminais de
hidroxi-alumina – Al(OH)3;
iv) 7,6 < pH < 10,0 - os agrupamentos silanol começam a reagir;
v) pH > 10,0 - início das reações ditas pozolânicas.
31
Embora esta explicação seja a mais aceita, não é a única. Nóbrega (1985) afirma que a
troca catiônica e floculação não podem ser consideradas como mecanismo de estabilização,
porque solos saturados por cálcio reagem e melhoram com cal. Para o autor, a forte
alcalinidade do meio, alterando as condições físico-químicas em nível de superfície das
partículas, é a principal responsável pela mudança imediata no comportamento do material.
Castro (1988) não considera que a troca catiônica ocorra com a magnitude
frequentemente considerada e que ela não justificaria a diferença de comportamento tão
acentuada observada nas misturas solo-cal em prazos reduzidos. Para o autor a adsorção de
moléculas de hidróxidos de cálcio seria a responsável por estas modificações de curto prazo e
que as reações de características pozolânicas tem início imediato.
Do ponto de vista da engenharia, Pinto (1985) distingue dois tipos de fenômenos, a
alteração das características geotécnicas do solo (floculação, modificações na plasticidade,
expansividade e características de compactação) e a aglomeração dos grãos (expressa pela
mudança nas características reológicas do solo). As alterações nas características geotécnicas
proposta pelo autor coincidem com as reações imediatas exceto quanto à importância dada ao
tempo. Já as reações de longo prazo, Pinto (1985) considera apenas os efeitos das reações de
cimentação, com o nome de ação aglomerante. Esta abordagem pode ser mais satisfatória para
ampliar os estudos de estabilização do solo com a cal.
2. 6.1.1 Troca Catiônica e Floculação
A troca catiônica e a floculação são as primeiras reações após a mistura solo-cal.
Prusinski et al (1999), afirmam que a superfície do argilomineral é deficiente em carga e, para
neutralizar essa deficiência, cátions e moléculas de água são atraídos para a superfície de
clivagem com cargas negativas, resultando numa dupla camada difusa. A ordem da troca
contínua de cátions adsorvidos será: cátions de menor valência por cátions de maior valência
diminuindo a repulsão elétrica entre as partículas. Com a diminuição das forças de repulsão
entre as partículas de argila há uma aglomeração causada pelas forças de atração dessas
partículas, verifica-se assim a floculação das partículas resultando na diminuição do índice de
plasticidade (IP) e expansão do solo.
32
Hilt e Davidson (1960) relataram que os íons cálcio inicialmente reduzem o índice de
plasticidade dos solos coesivos. Segundo os autores, há uma troca ou adsorção de cátions pela
argila causando mudanças físico-químicas nas partículas do solo até que seja alcançado certo
teor denominado como ponto de fixação da cal (LFP – lime fixation point). A cal acima do
LFP, continua na forma molecular e é utilizada na cimentação. Assim a fixação da cal está
relacionada com a capacidade de troca de cátions do solo.
Castro (1981) afirma que quando a cal é misturada a um solo argiloso juntamente com
água, parte dela se dissolve na água dos poros, fornecendo Ca2+
, CaOH+ e OH
-. Se o solo for
ácido, os íons H+ e Al
+3 são neutralizados, fornecendo água e os hidróxidos de alumínio e
possivelmente de ferro. Caso o solo seja alcalino não ocorrerá neutralização. Em paralelo a
neutralização, os íons hidroxila interagem com os grupamentos de sílica e alumínio, presentes
nas argilas, e por transferência de carga criam condições para a formação de pontes partícula-
partícula, o que é efetivado pela ação dos íons cálcio. Com a intensificação deste mecanismo,
a granulometria do solo começa a modificar-se passando de argilosa para siltosa com a
formação de grumos resistentes à água. Segundo o autor, a troca catiônica não é responsável
pela fase inicial da estabilização.
2. 6.1.2 Reação de Carbonatação
A carbonatação tem a característica de ação imediata, é uma importante reação para o
mecanismo de estabiliação solo-cal. É a combinação do óxido ou hidróxido de cálcio ou
magnésio com o anidrido carbônico presente nas minúsculas bolhas de ar, absorvidas ou
retiradas no momento da mistura ou pela penetração do ar nos poros após a execução. A
reação tende a refazer o carbonato de cálcio, na forma de um novo corpo sólido que se
entrelaça com os demais constituintes do solo. Isto ocorre porque, com o aparecimento do
carbonato, há também o aparecimento de grãos de dimensões bem maiores, face à diferença
das estruturas cristalinas unitárias entre a do carbonato e a do primitivo hidróxido de cálcio,
(GUIMARÃES, 2002).
Entretanto, para Queiroz de Carvalho (1979), o carbonato de cálcio e/ou magnésio
formado é um composto cimentante fraco, que é prejudicial em termos de ganhos de
resistência. Este é um composto relativamente insolúvel, que deve ser evitado através de
33
procedimentos construtivos adequados, (TRB, 1987).
Le Roux (1969) apud Nóbrega (1981) relata que a carbonatação da cal resulta numa
perda de reatividade, pois a cal na forma de carbonato torna-se inerte, limitando o processo de
estabilização. Para evitar a carbonatação é indispensável a compactação imediatamente após a
execução da mistura solo-cal, neste caso a compactação tem o objetivo de reduzir a
porosidade do material, principalmente os macroporos, diminuindo a circulação interna de ar.
As boas condições de cura é a melhor forma de prevenir a carbonatação do material
estabilizado. Se o material possui boas características de durabilidade são mínimos os
problemas causados por este fenômeno, (LITTLE, 1995). O autor sugere que como forma de
reduzir o risco de carbonatação da mistura o material seja sempre mantido úmido durante a
cura, evitando ciclos de molhagem-secagem; manter afastado o dióxido de carbono,
minimizando o tempo de exposição da mistura ao ar; realizar a compactação da mistura logo
que possível, de forma a obter maiores densidades e menor permeabilidade, reduzindo o
volume de vazios.
2. 6.1.3 Reação Pozolânica
As reações de ação lenta são as responsáveis pelo ganho de resistência da mistura
solo-cal com o tempo, e está fundamentada no caráter pozolânico dos minerais estabilizados.
Um material com característica pozolânica é aquele que em combinação com a cal e em
presença de água, sob condições de temperatura ambiente, produz compostos hidratados
estáveis com propriedades ligantes, (MILLET, 1979).
Cristelo (2001) explica que a cal adicionada ao solo resulta em acréscimos
consideráveis do pH, o que facilita a dissolução da sílica presente nos minerais argilosos e a
entrada de cal na solução saturada, onde ocorre a combinação da sílica com o cálcio,
formando silicato hidratado de cálcio. Simultaneamente, o ataque das argilas pela cal e a sua
provável decomposição e destruição conduz à formação de aluminato hidratado de cálcio.
Estes novos elementos encontram-se inicialmente em forma de gel, revestindo as partículas do
solo formando um encadeamento que eventualmente resulta em novos compostos minerais:
silicatos e aluminatos de cálcio hidratados. Ou seja, a reação da cal com os minerais origina
34
um gel de silicato/aluminato de cálcio insolúvel em água que, após cristalizar, leva à
cimentação das partículas entre si, constituindo uma estrutura envolvente das mesmas, Figura
2.8. Contudo, este gel só se forma se houver água suficiente para permitir a transferência dos
íons Ca2+
e OH- para a superfície do mineral argiloso, (INGLÊS e METCALF, 1972).
Kézdy (1979) considera que a fase de formação do gel é a mais importante no
aumento da resistência mecânica do solo estabilizado com cal, podendo ser facilmente
identificada ao microscópio.
Figura 2.10 – Formação de material cimentante numa mistura solo-cal, (CRISTELO, 2001).
A adição de água a cal provoca uma crosta cimentante ao redor das partículas de cal.
Em resultado, a parte exterior do aglomerado transforma-se em cal hidratada enquanto o
núcleo permanece óxido de cálcio. A formação da crosta retarda a velocidade com que a água
se mistura com a cal, pelo que as condições de equilíbrio podem não ser rapidamente
atingidas. Com o tempo, porém, a crosta será dissolvida e o núcleo atingido pela água.
Contudo, na presença de solo e com o passar do tempo, os produtos resultantes da reação
pozolânica acabam por selar os íons presentes nos núcleos da cal viva. Na melhor das
hipóteses, qualquer nova reação pozolânica irá depender da velocidade de difusão dos íons ao
longo do cimento pozolânico circundante, (HILT e DAVIDSON, 1960).
Lima (1981) considera que, de um modo geral, todos os solos de granulometria fina
reagem com a cal, ocorrendo trocas catiônicas e floculação que afetam, de forma benéfica, a
sua trabalhabilidade, plasticidade e caráter expansivo. Contudo, as reações pozolânicas entre o
35
solo e a cal nem sempre ocorrem, sendo influenciadas pelas propriedades naturais dos solos,
tipo e teor de cal empregada na mistura, pelas condições de cura e teor de umidade.
Lima e Rõhm (1993) mencionam que a reação pozolânica entre o solo e a cal é lenta e
só se completa alguns anos depois, requerendo ainda, temperaturas acima de 21 °C. No
entanto para reduzir o período de cura podem-se usar temperaturas de cura elevadas,
conforme estudo de cura acelerada de Herrin e Mitchel (1961) esses autores relataram que em
alguns casos, foi obtido, em 10 dias a 60°C a resistência mecânica correspondente a 4 (quatro)
meses de cura a 21°C. Esse fato pode ser explicado pela aceleração pozolânica ocasionando
um possível ataque de sílica (Quartzo) granular presente no solo.
Eades et al (1960) analizaram, através de difratogramas de raio X, a formação de
novos minerais pela reação da cal com os argilomenerais mais comuns encontrados nos solos
(caulinita, ilita e montmorilonita). Concluiram que a caulinita reage bem com a cal, sendo que
para este argilomineral o ataque do cálcio inicia-se pelas arestas. Já nos argilominerais 2:1
(ilita e montmorilonita), é necessário uma saturação dos espaços entre camadas pelo cálcio,
para após um ataque da estrutura dos mesmos. Os autores observaram a formação de novas
fases cristalinas nas misturas de caulinita e cal, as quais foram identificadas como silicatos
hidratados de cálcio (CSH).
2. 6.2 ALTERAÇÕES NOS SOLOS ESTABILIZADOS COM A CAL
Na adição de cal a um solo fino, faz com que as propriedades físicas deste solo sofram
alterações, havendo uma melhoria na plasticidade, trabalhabilidade e na variação de volume.
No entanto, nem todos os solos apresentam melhoria de resistência e durabilidade, vai
depender de algumas variáveis influenciáveis, são estes: o tipo de solo, o tipo e a quantidade
de cal, período e condições de cura, temperatura.
36
2. 6.2.1 Granulometria
A adição de cal ao solo de granulometria fina resulta, primeiramente, na floculação e
aglomeração das partículas argilosas, produzindo um solo mais grosso, mais permeável e mais
friável, (GUIMARÃES, 2002). O referido autor ainda comenta que, uma argila com 10% de
cal, após 14 dias de “cura” passa a ter granulometria de silte e, depois de 240 dias, a
granulometria de areia. Assim, quanto mais fino e argiloso for inicialmente o solo, maior será
a influência da cal na sua granulometria.
A adição de cal ao solo proporciona uma alteração considerável em sua textura. Tal
fato se deve, principalmente, à capacidade da cal em flocular e aglomerar as partículas devido
ao aumento da concentração eletrolítica e redução da espessura da camada dupla difusa, visto
que a cal possibilita um equilíbrio da deficiência de carga da partícula de argila. Este
fenômeno foi observado por Silva Junior (2010) que estudou uma argila expansiva com
elevado percentual de partículas menores do que 0,002 mm (52%) e constatou que a adição de
cal (9%) permite um aumento no percentual de partículas de textura mais grossa.
Os processos de formação do solo são os responsáveis pela organização dos
constituintes e que se traduz, pela estrutura do solo. A estrutura do solo é “a constituição
física de um material expressada pelo tamanho, forma e arranjo das partículas sólidas e
vazios, incluindo as partículas primárias que formam as partículas compostas, e estas
propriamente”, (BREWER, 1976). A microestrutura pode ser observada por microscopia
óptica sobre lâminas delgadas e também por microscopia eletrônica de varredura. Nóbrega
(1981) adicionou 5% de cal a um latossolo e observou os efeitos desta adição do ponto de
vista mecânico e micromorfológico (através de microscopia ótica e microscopia eletrônica de
varredura) e mineralógico. O efeito que a cal trouxe nas características micromorfológicas é
verificado na Figura 2.11 (a), onde se observa os microagregados, após a compactação com
adição de cal, que os grãos se acomodam com a energia aplicada deixando entre si vazios,
com o aumento da imagem percebe-se que além dos vazios dessa acomodação existe uma
microporosidade a nível de borda, oriunda da ação da cal em contato com o plasma, esta
reação promove a neoformação de assembleias cristalinas neoformadas, Figura 2.11 (b, c).
37
Figura 2.11 – Eletromicrografia (a) Latossolo compactado após adição de cal; (b)
Preenchimento de vazios interagregados; (c) Assembleia cristalina neoformada. (V – vazios;
M – Microagregado; AC – Assembleia cristalina), (NÓBREGA, 1981).
2. 6.2.2 Plasticidade
A adição de cal aos solos modifica os limites de consistência, esta adição aos solos
argilosos faz diminuir rapidamente o índice de plasticidade do solo, reduzindo os problemas
às construções advindos dos solos argilosos.
Hilt e Davidson (1960) observaram que o limite de plasticidade (WP) de solos
argilosos aumenta com a adição da cal. Esse efeito foi mais acentuado em solos contendo
montmorilonita, sendo que aqueles contendo caulinita foram menos afetados.
Estudos realizados por Castro (1969) mostraram que a adição de cal é indicada para os
solos com alta plasticidade. Concluiu-se que os solos que tem como principal argilomineral a
ilita e a montmorilonita são mais beneficiados em relação à plasticidade quando comparados
com solos de argila caulinita. Em relação ao tempo de cura necessário para que se desse a
redução da plasticidade situou-se entre 0 e 2 dias para cal cálcica e para cal domomítica nos
primeiros quatro dias.
Blandl (1981), concluiu que a rápida mudança que a adição de cal traz aos limites de
consistência do solo dá-se devido às transformações estruturais e floculação do material.
Quanto maior for à fração coloidal do solo e a atividade da argila, tanto maior será a
diminuição do Limite de Liquidez (WL).
38
A adição de cal a um solo argiloso causa um imediato aumento do (WP), (BELL,
1988). No entanto observando os resultados obtidos por Thomé (1994), Figura 2.12, o WP
apresentou uma pequena redução até 4% de cal, isso ocorreu porque até este teor a cal foi
utilizada para neutralizar a matéria orgânica, em seguida o (WP) passou a aumentar. Com o
teor de 11% o (WP) passou a diminuir, de acordo com Hilt e Davidson (1960) isso ocorreu
porque esse teor de cal (11%) foi o necessário para atingir o que é chamado de “ponto de
fixação da cal”, até esse ponto a cal contribui para a melhoria na trabalhabilidade do solo.
Figura 2.12 – Limites de Atterberg em função do teor de cal com um dia de cura, (THOMÉ,
1994).
Lima et al (1993) afirmam que em geral o limite de liquidez aumenta nos solos com
menor plasticidade. Eles verificaram reduções de até 80% no índice de plasticidade de argilas
plásticas. Também, comentam que sensíveis reduções do índice de plasticidade, quando
ocorrem, processam-se poucas horas após a adição de cal, com ressalva de que toda a variação
na plasticidade em geral ocorre no intervalo de dois a três dias.
Goosen et al (2006), afirma que o acréscimo de cal aumenta o limite de plasticidade e
diminui os limites de liquidez e o de contração, conforme pode ser observado na Figura 2.13.
Diamond e Kinter (1965) argumentam que mesmo em solos que o WL aumenta com o teor de
cal, o acréscimo não é maior que o WP, resultando numa redução do IP
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Teo
r d
e U
mid
ade
(%
)
Teor de Cal (%)
WL
WP
IP
39
Figura 2.13 – Efeito da cal sobre os limites de consistência, (GOOSEN et al, 2006).
2. 6.2.3 Compactação
Vários estudos relativos a mistura solo-cal revelaram um menor peso específico
aparente seco máximo que o solo natural, para uma mesma energia de compactação, enquanto
que a umidade ótima aumenta.
Mitchell e Hooper (1961) pesquisando o efeito do tempo de espera entre a mistura e a
compactação verificaram que a espera de 24 horas diminui o peso específico aparente seco
máximo (γd) em relação a amostra que foi compactada após a mistura.
TRB (1987) também afirma que à medida que o teor de cal em uma mistura solo-cal
aumenta, o (γd) continua diminuindo. Além disso, a umidade ótima (wot) aumenta com o
acréscimo do teor de cal.
Lima et al, (1993) afirma que os solos estabilizados com cal viva apresentam, em
geral, uma umidade ótima ligeiramente mais elevada do que aqueles tratados com cal
hidratada, para uma mesma energia de compactação. No que se refere ao peso específico seco,
o tipo de cal parece não exercer influência significativa.
40
Bell (1996) relata que no tratamento de solos cauliníticos são obtidos valores maiores
do peso específico aparente seco máximo seco, do que em solos onde há a presença de
argilosminerais expansivos.
Osinubi (1998) ao estudar a influência do retardamento no tempo de espera entre a
mistura e a compactação, constatou uma tendência na diminuição do (γd) à medida que o
tempo de espera aumenta. Também foi observada uma redução na umidade ótima da mistura,
esse resultado pode ser atribuído as trocas catiônicas e a floculação das partículas de argila,
que ocorrem simultaneamente, deste modo diminuindo a água disponível no sistema. De
acordo com o autor, em materiais compactados imediatamente após a mistura, a mudança nas
características de compactação é principalmente devida à alteração na granulometria do solo;
quando ocorre uma demora na compactação, os produtos de hidratação se unem às partículas
tornando necessária à ruptura dessas agregações para que o solo seja compactado
satisfatoriamente, o que pode não recuperar sua total resistência.
Os resultados obtidos por Lovato (2004), Tabela 2.7, confirmam o relatório do TRB
(1987) que constatou que a adição de cal ao solo proporciona uma redução no peso específico
aparente seco máximo e um aumento na umidade ótima de compactação, em relação ao solo
no estado natural, devido ao fenômeno de floculação das partículas do solo quando a cal é
adicionada. Com o aumento do índice de vazios a estrutura floculada será forte para resistir a
compactação, o que reduz o γd do solo. Quanto mais vazios no solo, mais água será necessária
para preenchê-los, resultando em uma umidade ótima maior.
Tabela 2.7 – Características da compactação do solo e das misturas, (LOVATO, 2004).
Material Peso Específico Aparente
Seco Máximo (kN/m³) Umidade Ótima (%)
Solo - natural 17,62 17,4
Solo - Cal (3% cálcica) 16,64 18,5
Solo - Cal (4% cálcica) 16,6 18,2
Solo - Cal (5% cálcica) 16,62 18,7
Solo - Cal (3% dolomítica) 16,87 17,2
Solo - Cal (4% dolomítica) 16,85 18,2
Solo - Cal (5% dolomítica) 16,74 18,3
41
2. 6.2.4 Expansão
A expansão e a contração de um solo são normalmente reduzidas quando o solo é
tratado com cal. A cal tende, pela floculação das partículas, a reduzir as mudanças de volume
apresentadas pelos solos. A diminuição da expansão é atribuída à redução da afinidade por
água das argilas saturadas pelo íon cálcio e pela formação de uma matriz cimentante. Valores
de expansão medida no ensaio CBR em solos tratados com cal variam, mas é comum se
observar reduções na expansão para menos de 0,1%, em comparação com 7% a 8% do solo
não tratado, (TRB, 1987).
Os autores Herrin e Mitchell (1961) afirmaram que a cal influencia a expansão dos
solos e que sua adição, até certo teor, causa redução nas suas variações volumétricas. Acima
do teor ótimo, observam-se reduções muito pequenas. E que, quanto mais expansivo for o
solo, maior é a influência da cal na redução das variações volumétricas.
Goosen et al (2006), constataram o que é apresentado na literatura quando ensaiou em
laboratório um solo (com Limite de Liquidez de 67,8%; Limite de Plasticidade e 22,2%;
Índice de Plasticidade de 45,6%; fração de argila ( < 0,002 mm ) de 33% e alta atividade
(1,38) ), e observou nos resultados que o acréscimo de cal diminui a pressão de expansão do
solo, conforme se observa na Figura 2.14, e que o tempo de cura influencia diminuindo, para
cada teor de cal, a pressão de expansão.
Figura 2.14 – Efeito da cal e do tempo de cura na pressão de expansão, (GOOSEN et al,
2006).
42
2. 6.2.5 Resistência
A resistência de solos estabilizados com cal é obtida utilizando ensaios como:
compressão simples, compressão triaxial e o ensaio de Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou
CBR (Califórnia). Sendo mais comum a utilização do ensaio de compressão simples. Os
ensaios de CBR, apesar de utilizado, não são recomendados para avaliar a resistência curada
destas misturas. No entanto, a resistência de misturas solo-cal dependerá de fatores como: tipo
de solo e cal, teor de cal, tempo e temperatura de cura, (TRB, 1987).
Eades e Grim (1960) pesquisaram, através de ensaios de compressão simples, o
aumento de resistência de um solo contendo caulinita, ilita e montmorilonita. Constataram
que o aumento de resistência, para solos com caulinita, inicia com a adição dos primeiro
teores de cal, enquanto que para solos contendo ilita e montmorilonita são necessários
adicionar 4 a 6 % de cal para que ele se desenvolva. Isto se dá porque, no caso das argilas
contendo ilita e montmorilonita, é necessário que haja uma saturação das camadas pelo íon
cálcio para que se inicie o ataque ao argilomineral. E no caso das caulinitas, o aumento da
resistência começa devido ao ataque do cálcio nas arestas da partícula.
Ormsby e Kinter (1973) estudaram a relação entre resistência de mistura solo-cal e o
tipo de cal utilizada. Observaram que para solos contendo como principal argilomineral a
caulinita, a adição de cal cálcica confere maiores resistências a compressão simples do que a
mistura com cal dolomítica. Para solos com principal argilomineral a montmorilonita os
melhores resultados são obtidos com a cal dolomítica.
Bell (1996) constatou um rápido aumento inicial na Resistência de compressão
simples (RCS) de um solo contendo montmorilonita, com pequenos teores de cal (2 a 3%).
Além disso, para este solo, 4% de cal foram o suficiente para atingir a resistência máxima,
enquanto que para um solo rico em caulinita, a resistência máxima foi atingida com teores
entre 4 a 6%. No entanto, o nível de resistência alcançado pela adição de cal ao solo
caulinítico foi sensivelmente superior a mistura com solo contendo montmorilonita. Foi
constatado também que a resistência não aumenta linearmente com o teor de cal, e a cal em
excesso diminui a resistência.
43
Lovato (2004) confirmou a constatação feita por esses autores quando verificou em
seus ensaios que as misturas com cal cálcica apresentaram um desempenho superior as
misturas com cal dolomítica, com valores de RCS de 28 a 55% superiores, conforme tabela
2.8.
Tabela 2.8 – Resistência à compressão simples (kPa), (LOVATO, 2004).
Tipo de Cal Cálcica Dolomítica
Teor de Cal 3% 4% 5% 3% 4% 5%
Tempo
de
Cura
(Dias)
14 881 1429 1997 389 698 756
28 905 1519 2002 561 706 769
56 910 1553 2124 644 736 807
112 731 1044 1468 687 783 888
140 741 1066 1396 686 811 903
168 758 1003 1387 (*) (*) 840
(*) Corpos de prova desintegraram-se gradualmente durante as 24 horas de imersão prévia ao ensaio,
possivelmente devido à perda de umidade durante o período de cura.
A literatura mostra que o ganho de resistência das misturas solo-cal também é
influenciado pelo tempo e temperatura de cura. Em geral esses solos apresentam um rápido
aumento de resistência no início do período de cura, mas vão diminuindo após atingir
determinado valor máximo.
Mendonça et al (1996), pesquisaram a estabilização com cal de dois solos da região de
Viçosa-MG acelerando o tempo de cura. Concluíram que a reação pozolânica da mistura solo-
cal está ligada a temperatura de cura, pois houve pequeno aumento na resistência mecânica
das misturas quando estas foram curadas a baixa temperatura, ao passo que, essas resistências
evoluíram com extrema rapidez para temperaturas mais elevadas. Com relação à influência do
tempo de cura, constataram que há limites para ganho de resistência com a evolução do tempo
e temperatura de cura.
O aumento da resistência a compressão simples da mistura solo-cal se dá de forma
linear de acordo com a quantidade de cal, usualmente 8% para solos argilosos. A partir desse
ponto há um decréscimo da resistência devido às misturas solo-cal apresentarem uma
cimentação lenta a depender do tipo de solo, Figura 2.15, (INGLÊS e METCALF, 1972).
44
Figura 2.15 – Efeito da quantidade de cal sobre a resistência a compressão simples para
alguns solos tratados com cal e curados por 7 dias, (INGLÊS e METCALF, 1972).
Ao estudar a variação na resistência a compressão simples (RCS) de um solo arenoso
misturado a cal, em função do tempo de espera para compactação e tempo de cura, Nunez
(1991) observou que o retardamento na compactação reduz em até 50% a RCS de mistura
solo-cal. Para o tempo de espera de uma hora entre a mistura e a compactação a resistência foi
reduzida em 42%, essa resistência evolui linearmente com o teor do aditivo e com o logaritmo
do tempo. Sivapullaiah et al (1998) afirmou que para um solo com predominância da
montmorilonita, estabilizado com 2% de cal e na umidade ótima, houve uma diminuição de
241 kPa para 117 kPa na RCS ao retardar a compactação em 1 dia. Quando esse retardamento
foi de 7 dias, a RCS caiu para 83 kPa. Os compostos cimentantes, formados neste período,
não contribuíram para o ganho de resistência.
Ainda podemos verificar que segundo os estudos de Thompson (1964) a presença de
matéria orgânica também influência o processo de estabilização, retardando as reações e
produzindo pequenos ganhos de resistência a mistura solo-cal. O autor afirmou que um solo
com teor de matéria orgânica maior que 1% não responde bem ao tratamento com a cal.
Queiroz de Carvalho (1979) constatou que os menores ganhos de resistência ocorreram em
solos com maior teor de matéria orgânica.
45
3 - MATERIAIS E MÉTODOS
Inicialmente é descrito o programa de investigação em laboratório, em seguida serão
apresentadas informações gerais sobre a região de Cabrobó – PE e uma caracterização
sumária dos materiais utilizados para o desenvolvimento desta pesquisa. Por fim, são
detalhados os métodos utilizados para realização dos ensaios laboratoriais.
3.1. PROGRAMA DE INVESTIGAÇÃO
O programa de investigação geotécnica do solo expansivo de Cabrobó constou de
coleta de amostras indeformadas e deformadas. A investigação tem como objetivo obter a
caracterização física e química do solo, da cal e da mistura, avaliar a expansividade do solo e
averiguar as alterações ocorridas no solo com a adição da cal.
A investigação foi dividida em três etapas, como mostra o esquema da Figura 3.1.
Figura 3.1 − Esquema do programa de Investigação Experimental.
1ª etapa: Contemplou a caracterização das amostras de solo e das misturas solo-cal,
determinando seus atributos físicos, mecânicos e microestruturais. Para isto foram realizados
ensaios de caracterização granulométrica por peneiramento, sedimentação e difração a lazer
Programa Experimental
1ª Etapa
Ensaio de Caracterização Física,
Mecânica e Microestrutural
2ª Etapa
Ensaio de Caracterização
Química e Mineralógica
3ª EtapaAnálise dos Resultados
46
(neste a cal também foi ensaiada), densidade real dos grãos obtido através do picnômetro de
gás Hélio e com a bomba de vácuo, determinação de limites de liquidez (WL) e limite de
plasticidade (WP), bem como os ensaios de compactação realizados na energia de Proctor
normal, para obter os parâmetros ótimos de compactação do solo (peso específico aparente
seco máximo (γdmáx) e umidade ótima (Wot)). A caracterização mecânica englobou os
ensaios de Resistência à Compressão Simples (RCS), o índice de expansão “livre” e a tensão
de expansão. Na caracterização de microestrutura foi feito o ensaio de Microscopia Eletrônica
de varredura (MEV).
2ª etapa: Foram realizados os ensaios químicos das amostras de solo, cal e das misturas de
solo-cal com teores de 1%, 3%, 5% e 7%. A determinação e quantificação dos óxidos da cal
também foi obtida através da técnica analítica de espectometria de fluorescência de Raio – X
(FRX). Foi determinado para as amostras de solo natural e da mistura solo-cal: o pH, a
capacidade de troca catiônica e o ensaio de complexo sortido(cálcio, magnésio, potássio e
sódio); Para a amostra de cal foi realizado: ensaios de umidade, perda ao fogo, teor de
insolúveis, óxido de silício e massa específica, retenção de água e finura. Foi realizado o
ensaio de Termogravimetria do solo, da cal e da mistura.
3ª etapa: Análise e interpretação dos resultados e comparação com a literatura.
3.2. DESCRIÇÃO DA ÁREA EM ESTUDO
Para este estudo foram coletadas amostras deformadas e indeformadas do solo
localizado no município de Cabrobó. Este município encontra-se na mesorregião São
Francisco e na Microrregião Petrolina do Estado de Pernambuco, limitando-se a norte com
Terra Nova, a sul com Estado da Bahia, a leste com Salgueiro e Belém de São Francisco, a
oeste com Orocó e Parnamirim, distando 536,1 km da capital Recife. A localização da área
em estudo está ilustrada na carta de suscetibilidade à Expansão dos solos no estado de
Pernambuco, Figura 3.2, (AMORIM, 2004). De acordo com esta carta a região de Cabrobó
encontra-se numa área de média a alta suscetibilidade à expansão.
47
Figura 3.2 − Carta de Suscetibilidade à Expansão dos solos no Estado de Pernambuco,
(AMORIM, 2004).
Cabrobó está inserido na unidade geoambiental da Depressão Sertaneja, que
representa a paisagem típica do semiárido nordestino, caracterizada por uma superfície de
pediplanação bastante monótona, relevo predominantemente suave-ondulado, cortada por
vales estreitos, com vertentes dissecadas. Elevações residuais, cristas e/ou outeiros pontuam a
linha do horizonte. Esses relevos isolados testemunham os ciclos intensos de erosão que
atingiram grande parte do sertão nordestino. A vegetação é basicamente composta por
Caatinga Hiperxerófila com trechos de Floresta Caducifólia. De acordo com a classificação de
Koppen, o clima nesta área apresenta-se como semiárido quente tipo BSLHW, apresentando
temperatura média anual de 26ºC, e nos meses de fevereiro a março é chuvoso, (FERREIRA
et al, 2011). A precipitação pluviométrica anual é de 517 e a evapotranspiração total de
3157,3mm (INMET, 2013).
Quanto a Pedologia local, nos patamares compridos e baixas vertentes do relevo suave
ondulado observa-se a ocorrência de Planossolos, mal drenados, fertilidade natural média e
problemas de sais; nos topos e altas vertentes, os solos Brunos não Cálcicos, rasos e
fertilidade natural alta; nos topos e altas vertentes do relevo ondulado ocorrem os Podzólicos,
drenados e fertilidade natural média e as elevações residuais com os solos Litólicos, rasos,
pedregosos e fertilidade natural média, conforme Figura 3.3.
48
Figura 3.3 − Mapa Pedológico da região de Cabrobó – PE, (EMBRAPA, 2013).
3.3 MATERIAIS UTILIZADOS
3.3.1 SOLO
3.3.1.1. Coleta das amostras
Foram coletadas 2 (dois) blocos de solos indeformados e amostras amolgadas
representativas de solo residual Bruno não Cálcico em Cabrobó-PE na profundidade de 0,80
m com o seguinte procedimento:
Escavação manual do poço, com picareta e pá, até a profundidade de 0,50 metros e
seção de 1,20 X 1,40 m para a moldagem do bloco;
Extração de amostras deformadas em cada horizonte, durante a escavação do poço, e
armazenamento em sacos plásticos;
Moldagem do bloco em formato cúbico, com arestas de 0,30 m, feita com espátulas. O
topo e as laterais foram envolvidos com papel filme, papel alumínio, talagarça e
parafina com espessura de 15 mm, para proteção e preservação da umidade do solo;
Coleta de amostras indeformadas, durante e no entorno da extração do bloco, pesando
cerca de 50 kg. Armazenamento em saco plástico resistente e etiquetado por dentro e
por fora;
Armazenamento do bloco de solo em caixa de madeira, com a base voltada para cima,
recebendo o tratamento de proteção que foi aplicado no topo e nas laterais do bloco,
com posterior preenchimento dos vazios laterais da caixa com solo;
LEGENDA
Bruno não Cálcico
Planossolo Solonetz
Solos Litólicos
Ilha
Podzólico amarelo
49
Etiquetagem no bloco e na caixa, contendo informações como: local, data da coleta,
número do bloco, profundidade;
Transporte para o Laboratório da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE),
Recife - PE, tomando todos os cuidados para não haver perturbações como choques e
vibrações durante o trajeto.
3.3.2 CAL
Para a realização das misturas solo-cal foi utilizada no estudo cal hidratada do tipo
CH-I. A Tabela 3.1 apresenta a composição química desta cal, de acordo com o fabricante.
Tabela 3.1 – Composição química da cal hidratada CH-I(FONTE: Fabricante)
Composição Química - Cal Hidratada CH-I
PPC* Ca (OH)2 MgO RI** (Insolúvel em HCL) SiO2 R2O3
23 - 25% 92,5 - 98,5% 3,5% Max 0,5% Max 0,3% Max 1,5% Max
*PPC - Perda por Calcinação
**RI - Resíduo Insolúvel
3.4 MÉTODOS
3.4.1. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
A preparação das amostras de solo foi realizada de acordo com o ensaio a ser
executado. Para os ensaios de caracterização (granulometria, densidade real dos grãos, limites
de consistência) e compactação foram seguido as especificações da ABNT, NBR 6457/86.
3.4.2 MISTURA
Para a realização dos ensaios tomou-se o peso seco das amostras de solo e foi
adicionado cal em teores de 3%, 5% e 7%, em peso. A mistura (solo e cal) foi
homogeneizada e os ensaios foram realizados após 1 hora, com exceção dos ensaios químicos
que também foram realizados após 120 dias.
50
3.4.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
3.4.3.1 Análise Granulométrica
A análise granulométrica das amostras de solo e da mistura solo-cal foi realizada de
acordo com os procedimentos estabelecidos na NBR 7181/84, que emprega o procedimento
de peneiramento associado à sedimentação, para as partículas com diâmetro superior a
0,075mm. As frações com diâmetro inferior ao mencionado recorreram-se ao método de
granulometria por difração a laser.
O ensaio de difração a laser é realizado com utilização de um equipamento chamado
granulômetro a laser. Este ensaio incrementa a pesquisa das propriedades do solo no aspecto
da identificação e caracterização, determinando o tamanho de suas partículas. Ele se sobressai
ao ensaio de sedimentação tradicional pela repetibilidade que o aparelho permite além da
confiabilidade.
O granulômetro a laser é composto pela unidade óptica (usada para coletar os dados
obtidos durante o processo de medida do tamanho da amostra), a unidade de preparação de
amostras (assessora na preparação da amostra) e um computador (opera com um Software
comandando as operações do sistema de medições). A unidade óptica é constituída de três
partes: O transmissor (contém o dispositivo de geração do feixe que é usado para realizar as
medições nas amostras), a unidade de área da amostra (que fica entre o transmissor e o
receptor, é onde a amostra circula passando em frente ao feixe do laser que capta as medidas)
e o receptor (este coleta e armazena as informações recebidas pelo espalhamento do feixe de
laser que passa a amostra, enviando-as imediatamente para o sistema do computador para
serem analisadas). Para obter a composição granulométrica de materiais especiais como o
cimento, a cal etc, ensaios denominados de seco, é incorporado ao granulômetro a unidade de
dispersão da amostra em pó.
Para uma melhor análise da fração fina do solo de Cabrobó e da cal, sua distribuição
granulométrica foi analisada com o aparelho analisador de partículas por difração a laser,
“granulômetro”, Marca Malvem, modelo Martersiszer S long bed que permitiu realizar
medidas de tamanho de partículas no intervalo de 0,05 m a 3,50 mm. A Figura 3.4 ilustra o
51
equipamento da Universidade de São Paulo - USP utilizado para realização do ensaio.
Figura 3.4 – Aparelho analisador de partículas por difração a laser “granulômetro”,
(FERREIRA, 2013).
3.4.3.2 Densidade Real dos Grãos
Para a obtenção da densidade real dos grãos foi utilizado o procedimento descrito na
NBR 6508/84 e o picnômetro de gás Hélio, modelo Multipicnômetro Quantcharme- MVP
5DC, Figura 3.5.
Figura 3.5 – Equipamento Picnômetro Gás Hélio, (FERREIRA, 2013).
Para o ensaio com o picnômetro de gás Hélio, tomou-se 50 g de amostras de solo seco
inicialmente ao ar e posteriormente em estufa a uma temperatura de 60oC, até o peso
permanecer constante. Cerca de 10 g das amostras secas foram utilizadas para cada ensaio
com cinco repetições, considerando o valor médio encontrado.
52
3.4.3.3 Limites de Atterberg
Foram realizados ensaios de Limite de Liquidez e Plasticidade, respectivamente,
segundo a NBR 6459/84, NBR 7180/84. Para isso foram ensaiadas amostras de solo natural e
com dosagens 3%, 5% e 7% de cal.
De acordo com a literatura, um solo passível de ser estabilizado através da adição de
cal é aquele cuja fração de diâmetro inferior a 0,075mm é igual ou superior a 25% e cujo IP é
igual ou superior a 10%, (SILVA, 2010).
3.4.3.4 Ensaios de Compactação
Para a determinação dos valores dos pesos específicos aparentes secos máximos e das
umidades ótimas do solo natural e das misturas de solo-cal, foram realizados ensaios de
compactação, inicialmente de acordo com a NBR 7182/86 com energia Normal, e
posteriormente com pequenos acréscimos de umidade, variando de 1% a 3%, considerando
inicialmente as amostras secas ao ar.
3.4.4 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA
Os ensaios químicos foram realizados no laboratório de análises químicas da
Universidade Católica de Pernambuco (UNICAP). As análises do solo seguiram a
metodologia do Manual de Métodos de Análise de Solo da EMBRAPA (1997). Os resultados
da análise química do solo, foram calculados, de acordo com o novo sistema de classificação
de solos da Embrapa (1999). Sendo realizadas com a amostra do solo natural (sem cal) e
acrescidas com teores de 1% 3%, 5%, 7% de cal, analisadas após 1 hora e após 120 dias de
cura. Cada resultado foi obtido a partir de uma determinação feita em triplicata e a diferença
entre uma determinação e a outra não ultrapassou 0,1 % do valor em relação às titulações.
Nos casos onde a diferença ultrapassou este valor, a determinação foi repetida até obter um
resultado dentro da tolerância estabelecida pela EMBRAPA.
53
3.4.4.1 Determinação do potencial hidrogeniônico (pH) em KCl, H2O e CaCl2
O pH nas amostras de solo servem para determinar a presença de alumínio trocável e
também a predominância da argila em processo de intemperização que é verificado pela
variação do pH em água e o pH em KCl. O pH verifica também a tendência dos sistemas com
altas concentrações de H+ e Al
+++ de flocular. Podendo ser utilizado também para identificar
qual o tipo do argilomineral analisado.
As medições do pH, Figura 3.6 (a, b), foram realizadas por meio de um equipamento
chamado Potenciômetro com eletrodo combinado, imerso em suspensão solo: líquido (água,
KCl ou CaCl2 ), na solução 1:2,5. O procedimento desta análise química consiste em:
Colocar 10 ml de solo em copo plástico de 100 ml, numerado;
Adicionar 25 ml de líquido (água, KCl 1N ou CaCl2 0,01 M);
Agitar a amostra com bastão de vidro individual e deixar em repouso por uma hora;
Agitar cada amostra com bastão de vidro, mergulhar os eletrodos na suspensão
homogeneizada e proceder a leitura do pH.
Figura 3.6 − (a) Determinação química do pH. (b) Solução de KCl para determinação de pH
em KCl.
A dosagem das amostras de solo-cal, com teores de 1%, 3%, 5% e 7% em relação ao
peso seco de solo, foi realizada utilizando-se o método proposto por Eades e Grim (1966),
conhecido também como método do pH. O resumo do procedimento deste método consiste
nas seguintes etapas:
54
amostras representativas de 20 g de solo seco, passadas na peneira nº 40, são pesadas
com uma precisão de 0,1 g e, posteriormente, adicionadas a um recipiente plástico de
150 ml;
em seguida, são acrescentados teores crescentes da cal a cada recipiente, pesados com
uma precisão de 0,01 g.
posteriormente, acrescenta-se 100 ml de água destilada às misturas de solo-cal
agitando-as a fim de garantir a homogeneização;
a cada 10 minutos, agitam-se os recipientes por 30 segundos;
após uma hora de ensaio são determinados os valores de pH.
De acordo com estes autores, o menor teor da cal que proporcionar um valor de pH de
12,4 é o suficiente para estabilizar o solo.
3.4.4.2 Capacidade de troca catiônica (com pH 7,0)
A Capacidade de Troca Catiônica (CTC) do solo é definida como a quantidade de
cátions necessária para neutralizar as cargas negativas de uma quantidade unitária de solo em
determinadas condições, ou seja, a capacidade do solo de reter e trocar cátions para um
determinado pH. Sua determinação foi realizada através da remoção, por uma solução salina
de amônio, de cálcio, bário ou ácido diluído, sendo determinados por volumetria ou absorção
atômica.
A CTC representa a atividade de um solo; baixa atividade quando a CTC for menor
que 24 cmol/kg, típico de um solo caulinítico. A CTC é baixa nos solos muito intemperizados.
A determinação desse parâmetro está relacionada com a quantidade de cálcio, magnésio,
potássio e sódio trocável. A Figura 3.7 destaca o fotômetro de chama na determinação do
sódio e potássio e a titulação do cálcio e magnésio trocável.
55
Figura 3.7 − (a, b) Determinação do sódio, potássio, cálcio e magnésio.
3.4.4.3 Determinação do carbono orgânico e matéria orgânica
A matéria orgânica é de fundamental importância para as propriedades físicas,
químicas e biológicas do solo. Ela influi na agregação, friabilidade, porosidade e capacidade
de retenção de água e nutrientes. Os agregados formados por altos teores de matéria orgânica
(> 3,5 %) são instáveis; solos com teores < 3,5 g/kg de solo são estáveis. Como o teor de
carbono orgânico varia com o teor de argila na fração mineral, o cálculo de matéria orgânica é
sempre 1,724 vezes maior que o carbono orgânico. A Figura 3.8 mostra a digestão do carbono
orgânico para posterior análise.
A determinação do carbono orgânico e matéria orgânica têm como objetivo determinar
o teor, em massa, da quantidade de matéria orgânica existente numa quantidade de solo na
pesquisa.
Figura 3.8 − Digestão do carbono orgânico.
56
3.4.4.4 Determinação dos Óxidos dos Solos
A determinação e quantificação dos óxidos do solo, da cal e da mistura foi obtida na
Universidade Federal de Pernambuco através da técnica analítica de espectometria de
fluorescência de Raio – X (FRX), de acordo com a NBR 15693, em amostras fundidas, com
determinação de teores de dez óxidos de maior abundância: SiO2, Al2O3, Fe2O3 ,CaO, MnO,
MgO, Na2O, K2O, TiO2 e P2O5.
Uma porção de cada amostra foi colocada em estufa para secar a 110°C e então levada
a uma mufla, a 1000°C por 2 horas, para a determinação de perda ao fogo (PF). Foram feitas
pérolas fundidas usando tetraborato de lítio como fundente. As pérolas foram analisadas em
espectrômetro de fluorescência de raios X Rigaku modelo RIX 3000, equipado com tubo de
Rh, pelo método de curvas de calibração, que foram construídas com materiais de referências
internacionais.
3.4.4.5 Caracterização da Cal
A cal hidratada foi classificada segundo a ABNT. Os ensaios de caracterização físico-
químico realizados de acordo com a NBR 6473 (2003b) foram:
A determinação de umidade; Perda ao fogo – que consiste na calcinação da amostra a
1000°C, e que indica o teor de materiais voláteis como a água hidratada e o anidrito
carbônico; Teor de insolúveis (óxido férrico, óxido de cálcio, óxido de magnésio) por
tratamento as amostra com ácido clorídrico; Óxido de silício e massa específica.
A determinação da retenção de água foi realizada de acordo com a ABNT, NBR
9290/96 – Este ensaio é realizado com o auxílio do funil de Buchner o índice da capacidade
de retenção de água é obtido pela razão dos índices de fluidez medidos antes e após a sucção
no funil (expresso em porcentagem).
A determinação da finura pela ABNT, NBR 9289/98 – feita por peneiramento do
material através das peneiras nº 30 e nº 200 (a fração retida na peneira é expressa em
porcentagem da quantidade inicial).
57
3.4.5 CARACTERIZAÇÃO MICRO ESTRUTURAL
A contextura (microestrutura) presentes na fração fina dos solos foi observada a partir
das amostras indeformadas dos solos e das misturas solo-cal, a partir do ensaio de
compactação na umidade ótima e densidade seca máxima. As amostras foram retiradas
cuidadosamente e colocadas para secar ao ar, onde eram preparados três corpos de prova de
formato prismático com base de 9,8 mm e altura de 8,0 mm. Seguindo as seguintes etapas:
os corpos de prova foram moldados de modo que nenhum instrumento cortante ou
pontiagudo tocasse na superfície de observação;
os corpos de prova foram fixados em um cilindro de alumínio com diâmetro de 9,8
mm e altura de 11 mm por meio de fita 3M e reforçada por pequena quantidade de
cola no contato;
em seguida os corpos de prova foram colocados na campânula de vácuo do tipo Fine
Coat Íon Sputter JfC 1100 para metalização, onde recebiam uma película de ouro fina
que tinha por finalidade o carregamento eletrostático propiciando uma boa condução
do feixe de elétrons.
Após o processo de metalização, as superfícies das amostras foram observadas e
fotografadas no equipamento JSM LV1600 Sconning Microscope de marca Joel da UNICAP,
operando a 15 Kv.
3.4.6 ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA
A termografia (TG) é uma técnica termoanalítica empregada no estudo de substâncias
que se decompõem por aquecimento (enquanto a amostra é submetida a uma programação
controlada de temperatura) dando origem a compostos voláteis. A termogravimetria permite
um detalhamento por meio de registro da variação de massa da amostra (perda ou ganho) em
função da temperatura (T) ou tempo (t).
58
A termografia derivada (DTG) fornece a derivada primeira da curva
termogravimétrica, em função do tempo ou da temperatura.
Esta técnica possibilita conhecer as alterações que o aquecimento pode provocar nos
materiais; permitem estabelecer a faixa de temperatura que adquirem composição química
fixa, definida e constante; determinar a temperatura em que os materiais começam a se
decompor (estabilidade); acompanhar o andamento de reações de desidratação, oxidação,
combustão, decomposição, etc.
O equipamento utilizado para o ensaio é constituído basicamente por uma
microbalança, um forno, um programador de temperatura e um computador. E segue o
seguinte procedimento:
estabelecer no programa de computador, interligado ao equipamento, as temperaturas
inicial e final da análise e a velocidade de variação de temperatura;
colocar o cadinho vazio no equipamento, para zerar a massa deste recipiente;
retirar o cadinho do equipamento e colocar a amostra;
colocar a amostra e o cadinho no equipamento e acionar o comando para executar a
leitura;
tendo completado o ciclo de temperatura, pré-estabelecido, retira-se o cadinho com o
que restou da amostra e efetua-se a limpeza deste recipiente.
As informações são gravadas no computador que gera uma curva de Variação de
massa (%) x Variação de tempo. Hoje há livros, atlas e fichas que permitem a identificação da
maioria dos argilominerais e minerais conhecidos. A posição, forma e intensidade dos picos
endo e exotérmico dos termogramas possibilita a identificação bastante precisa destes
argilominerais puros.
A análise mineralógica por Termogravimetria foi realizada na Universidade de São
Paulo (USP), o equipamento utilizado foi o modelo NETZSCH STA 409PC com atmosfera de
Nitrogênio 5.0 analítico e taxa de aquecimento de 10 oC/minuto, até uma temperatura máxima
59
de 1000 oC. Foi utilizado, no cadinho, 1,0 g do solo não recebendo nenhum tratamento
prévio. Os resultados obtidos foram analisados com auxílio do programa NETZSCH Proteus
– Termal Analysis Version 4.2.1 e serão apresentados no próximo capítulo.
3.4.7 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA
Na avaliação do comportamento mecânico, o solo foi estudado na sua condição sem
cal e com adição de cal nas proporções, em peso seco, de 3%, 5% e 7%, em seguida
realizaram-se ensaios edométricos em células convencionais, conforme Figura 3.9 (a, b).
Os corpos de prova foram compactados estaticamente na umidade ótima e peso
específico máximo. O objetivo deste ensaio foi analisar a influência do estado de tensão na
deformação do solo causada pela inundação do solo no estado natural e dosado com a cal.
Figura 3.9 − a) Célula, colarinho para ensaio de adensamento b) Prensa de Adensamento.
3.4.7.1 Ensaio de Expansão “Livre”
Os ensaios de expansão livre medem a variação de espessura da amostra, em
percentual, fazendo-se uma relação entre a sua altura inicial e final, quando é colocada dentro
de um recipiente com água. Os ensaios de expansão "livre" foram realizados em células
edométricas convencionais seguindo os procedimentos da Norma ASTM D4829/95, e da ABNT,
NBR 12007/90.
Amostras indeformadas do solo foram talhadas em anéis de aço inoxidável de altura
60
20,00 mm e diâmetro de 71,3 mm (célula edométrica convencional) e altura 20,00 mm e
diâmetro 40,7 mm (célula de expansão) e submetidas a pequenas tensões que variaram de 1,0 e
10 kPa. A expansão do solo foi acompanhada até a estabilização.
Os corpos de prova foram carregados a uma determinada tensão vertical e posteriormente
inundados, sendo medidas as deformações de compressão, de colapso ou de expansão. O papel
filtro era colocado previamente em contato com uma porção do solo, para que alcançasse a
umidade de equilíbrio, evitando, portanto, perda ou ganho de umidade do solo durante o ensaio.
O corpo de prova moldado no anel era colocado com auxílio de uma placa de acrílico sobre o
papel filtro e pedra porosa (seca ao ar) e todo o conjunto na célula edométrica. O topo da célula
foi envolvido por um plástico, sendo preso com uma borracha para impedir que houvesse perda
de umidade durante o processo de carregamento antes da inundação.
3.4.7.2 Ensaio de Tensão de Expansão
A tensão de expansão foi determinada no solo sem cal por cinco métodos: Método 1 -
Carregamento após expansão com diferentes tensões verticais de consolidação; Método 2 –
Expansão e colapso sobtensão; Método 3 – Volume constante; Método 4 - Rao et al (1988) e
Método 5 – Justo et al (1984). Serão descritos aqui apenas os procedimentos dos ensaios
específicos para as determinações das tensões de expansão.
No início do ensaio, uma tensão de 1,0 kPa era aplicada para se fazer o assentamento do
sistema e a leitura inicial para o processo de deformação. As tensões aplicadas nos ensaios
tiveram acréscimo igual à tensão anterior (∆H/H = 1), sendo o valor inicial de 10 kPa e o final de
1280 kPa. No descarregamento as tensões foram: 1280, 640, 160, 40 e 10 KPa. O tempo de
duração de cada estágio de tensão antes da inundação era tal que a deformação entre dois
intervalos de tempo consecutivos (∆t/t=1) fosse inferior a 5% da deformação total do solo
ocorrida até o tempo anterior e na tensão de inundação no mínimo de 24 horas.
61
Método 1 - Carregamento após expansão com diferentes tensões verticais de consolidação.
Após a colocação da amostra de solo na célula e ajustar a prensa, a amostra foi levada a
expandir, sendo inundada. A seguir, cada corpo de prova foi submetido a diferentes tensões
verticais de consolidação (10, 20, 80 kPa), estas aplicadas por estágios, tal como descrito
anteriormente. As deformações foram medidas em intervalos de tempo, até a estabilização ser
alcançada. Depois desta estabilização elas foram consolidadas sobre um aumento de tensão.
A tensão de expansão foi à média das tensões obtidas em cada corpo de prova,
correspondente àquela da altura inicial. A trajetória de tensão após a inundação foi iniciada com
a sobrecarga de inundação e aplicada por estágio com ∆ σ / σ =1 até a tensão de 640 kPa. O
tempo de duração de cada estágio era de 24 horas. A Figura 3.10 ilustra as quatro etapas dos
ensaios.
Figura 3.10 − Etapas dos ensaios edométricos.
Método 2 – Expansão e colapso sobtensão.
A amostra de solo foi colocada na célula e ajustado a prensa, em seguida cada corpo de
prova foi submetido a uma das seguintes tensões: 10, 20, 80, 160, 320, 640 e 1280 kPa que
-15
-10
-5
0
5
10
15
1 10 100 1000 10000
Tensão vertical de consolidação (kPa)
De
form
açã
o v
olu
mé
tric
a e
sp
ecífic
a (
%)
4
2
12
3
5
1
1 2 Carregamento a umidade constante
2 3 Inundação a carregamento constante
3 4 Carregamento após variação de volume
4 5 Descarregamento a umidade constante
Tensão de
inundação
62
foram aplicadas por estágios, sendo o corpo de prova, em seguida, inundado e medidas as
deformações ocorridas.
Método 3 – Volume constante.
Posteriormente a colocação do corpo de prova na célula e ajustado a prensa, o corpo de
prova foi inundado e à medida que o solo aumentava de volume, foi colocada uma sobrecarga
para impedir esta variação. Nas primeiras horas de ensaio, permitiu-se uma pequena expansão de
0,02mm para a aplicação da sobrecarga. A soma das sobrecargas corresponde a uma tensão, que
é a tensão de expansão do solo a volume constante e na outra não se considerou a deformação do
sistema, mantendo-se a leitura inicial constante do deflectômetro.
Método 4 - Rao et al (1988).
A amostra de solo foi colocada no edômetro e inundada sendo impedida a sua
deformação, através da aplicação de sucessivas pequenas tensões a estabilização das
deformações (expansão ou compressão). Após definir a tensão a volume constante, impediu-se a
variação de volume do solo, a amostra foi submetida a acréscimos de tensões de 10 a 640 kPa,
com ∆σ/σ = 1 em estágios de 24 horas. De acordo com Rao et al (1988), a tensão de expansão é
obtida com procedimento gráfico similar à determinação da tensão de pré-adensamento no
ensaio edométrico para argilas saturadas.
Método 5 – Justo et al (1984).
É um método gráfico que utiliza resultados dos ensaios já descritos acima e será
mostrado na análise dos resultados.
Nas misturas solo-cal as tensões de expansão foram determinadas pelo método de
Volume constante (3).
63
3.4.7.3 Ensaio de Resistência à compressão simples
As amostras foram moldadas mediante a compactação estática, em três camadas, na
energia normal até atingir a altura desejada. Ao fim da compactação de cada camada executamos
a escarificação na superfície para proporcionar uma maior aderência entre as interfases. Para este
processo utilizou-se um cilindro bipartido de bronze com 5,0 cm de diâmetro e 10 cm de altura,
Figura 3.11 (a, b).
Figura 3.11 − a) Cilindro na prensa para compactação b) Cilindro de bronze.
Seguindo como base a norma ASTM D5102/96, moldamos dois corpos de prova no
estado natural (sem cal) e dois corpos de prova para cada teor de cal. Após a compactação os
corpos de prova foram retirados do molde cilíndrico e pesados. Em seguida foram enroladas em
papel alumínio, identificadas e deixadas em cura por 48 horas a uma temperatura de 65°C. Foi
analisado o rompimento dos corpos de prova, das misturas de solos sem cal e de solos
estabilizados quimicamente pela cal, com teores pré-determinados de 3%, 5% e 7%.
Para a ruptura dos corpos de prova foi utilizada a célula do triaxial, Figura 3.12 (a, b),
com anel dinamométrico de capacidade máxima de 50 kN e velocidade de 0,48 mm/min. O
valor da resistência à compressão simples de cada mistura, para cada teor de cal especificado
e para cada período de cura analisado, foi determinado através do valor da média aritmética
dos dois resultados obtidos.
65
4. RESULTADOS E ANÁLISE DOS ENSAIOS REALIZADOS
Serão apresentados e analisados os resultados dos ensaios realizados. Nesta análise
verifica-se a influência que a adição de cal trouxe ao solo e comparar com o seu
comportamento antes de ser misturado. Iniciaremos com a apresentação dos resultados dos
ensaios de caracterização física, química e de resistência para a amostra de solo no seu
estado natural (sem cal). Em seguida os resultados obtidos dos ensaios realizados com a cal
hidratada e por último a análise da amostra de solo estabilizada por diferentes teores da cal,
a fim de se obter um teor ótimo para a aplicação da cal durante a estabilização do solo
estudado.
4.1 SOLO
4.1.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
4.1.1.1 Granulometria e Limites de Atterberg
A análise da curva granulométrica do material com o uso do defloculante mostra que
o solo tem textura fina, com mais de 50% passando na peneira nº 200 (ASTM), Figura 4.1. É
constituído de 37% de argila, 34% de silte e 29% de areia, sendo 25% de areia fina, 4% de
areia média, não apresentam areia grossa ou pedregulho, Tabela 4.1.
Figura 4.1 − Curva granulométrica do Solo de Cabrobó.
66
Tabela 4.1 − Caracterização Física do solo e da mistura solo-cal.
Caracterização Física Solo Solo-Cal
3% 5% 7%
Pedregulho % 0 0 0 0
Areia % 29 42 40 40
Silte % 34 26 36 47
Argila % 37 32 24 13
Relação Silte/Argila 0,92 0,81 1,50 3,62
% < 0,002 mm 30 27 15 10
WL 37 45 42 39
WP 18 26 27 26
IP 19 17 15 13
O Peso específico real dos grãos, do solo sem cal, obtido pelo método do picnômetro
( de acordo com a NBR 7182/86) foi de 26,06 kN/m³ e pelo método de gás Hélio também foi
de 26,06 kN/m³ conforme Figura 4.2, havendo uma pequena variação com o acréscimo do
teor de cal para o segundo método.
Figura 4.2 – Peso Específico Real dos Grãos (a) obtido de acordo com a NBR 7182/86 (b)
pelo método de gás Hélio.
Quanto aos limites de consistência, o solo apresenta Limite de Liquidez de 37%,
Índice de Plasticidade de 19%. Tem alta Plasticidade e Atividade média, Figura 4.3. Na
classificação da TRB o solo está inserido na classe A-6 (Solos Argilosos) e pela
classificação Unificada CL (Argila de Baixa Compressibilidade).
a) b)
67
Figura 4.3 − Carta de plasticidade e Atividade em solo natural e das misturas solo – cal
Analisando os resultados dos ensaios acima se verifica que, o solo é apto à
estabilização com cal visto que segue as recomendações: possui uma fração de partículas
que passam na peneira n.º200 (ASTM) igual ou superior a 25%, apresenta um IP igual ou
superior a 10% e contém uma percentagem de matéria orgânica inferior a 1% (National
Lime Association, 2006). Van Impe (1989) afirma que para se ter sucesso na estabilização
de solos com uso de cal é necessário se ter pelo menos 35% de material argílico no total do
solo, que é o caso do solo em estudo.
4.1.1.2 Compactação
O ensaio de compactação do solo natural, obtido com pequenos acréscimos de
umidade a partir do solo seco ao ar é apresentado na Figura 4.4. A forma da curva de
compactação obtida apresenta pico duplo (segundo a classificação de Lee e Suedkamp (1972) é
do Tipo C, e pela classificação de Maccarini e Santos (1991) é do Tipo I). O primeiro pico
possui valor de peso específico aparente seco máximo (γdmax) de 15,97 kN/m3
e teores de
umidade ótima(Wot) de 8,5%. No segundo pico o valor do peso específico aparente seco
máximo (γdmax) é de 17,80 kN/m3 e a umidade ótima(Wot) com teores de 15,20%. Lee e
Suedkamp (1972) afirmam que curvas de compactação com pico duplo são frequentes em solos
com limite de liquidez entre 30 e 70%, muito coesivos e que possuam o argilomineral
68
montmorilonita. O solo estudado apresenta características próximas às encontradas por esses
autores.
Figura 4.4 − Curva de Compactação do solo de Cabrobó.
Pico duplo é característico de solos muito duros e de alta resistência, quando seco.
Quando é adicionada uma pequena quantidade de água na amostra que está com umidade
muito baixa (seca), estas se concentram em algumas partes, juntando os grumos e formando
outros. Esta distribuição desuniforme de água causa uma distribuição diferenciada da
granulometria do solo sem cal. Assim, o solo inicialmente comporta-se como se tivesse outra
granulometria (mais granular), apresentando o primeiro pico de peso específico aparente seco
na umidade de 8,5%. À medida que a umidade cresce, os grumos se tornam maiores, porém
menos resistentes a esforços mecânicos, e o efeito dos grumos começa a desaparecer e o solo
comporta-se com a sua granulometria real, apresentando um segundo pico de peso específico
aparente seco máximo na umidade de 15,20%, como foi mostrado na Figura 4.4.
Comportamento semelhante foi encontrado por Ferreira et al (2012) em solos de Suape,
Paulista e Petrolândia, em Pernambuco.
15,97
17,80
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
0 5 10 15 20 25
Cabrobó
Umidade ( %)
Pes
o e
spéc
ífic
o a
par
ente
sec
o (
kN/m
3)
69
4.1.2 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA
Os resultados da caracterização química do solo obtidos nos ensaios são apresentados
na Tabela 4.2, que mostram valores do pH; da condutividade elétrica no extrato de saturação
(C.E.); das bases Na+, K
+, Ca
2+, e Mg
2+; e os ácidos Al
3+, e H
+. Foram calculados, de acordo
com o novo sistema de classificação de solos da Embrapa (1999): a Soma das Bases (S); a
Capacidade de Troca Catiônica (CTC); Retenção de Cátions (RC); a Atividade da Fração
Argila (Tr); o Grau de Saturação por Bases (V); a Saturação por Alumínio (m); e a
Saturação por Sódio.
Tabela 4.2 − Caracterização química do solo e das misturas solo-cal (após 120 dias de cura)
Amostra
pH CE Na+ K+ Ca2+ Mg+2 Al3+ H+ S CTC
T RC V m
T
Na100
H2O μS ---------------------- cmolc/kg------------------------- ----------- % -----------
-
Solo Natural 8,60 1992 3,13 0,11 12,80 12,00 0,2 10,40 29,53 31,13 92,90 94,86 0,67 10,05
Solo+1%Cal 9,44 - 2,96 0,07 20 7,2 0 0 30,16 30,16 94,25 100 0 9,8
Solo+3%Cal 13,85 - 3,18 0,07 20,8 15,2 0 0 39,18 39,18 122,4 100 0 8,1
Solo+5%Cal 13,97 - 3,35 0,07 28,8 11,2 0 0 43,35 43,35 135,5 100 0 7,7
Solo+7%Cal 14 - 3,13 0,11 31,2 12,8 0 0 47,13 47,13 147,4 100 0 6,6
Legenda (fórmulas utilizadas): S = Na+ + K+ + Ca2+ + Mg2+; CTC = Na+ + K+ + Ca2+ + Mg2+ +
Al3+ + H+; (%)ilaarg
AlS100RC
3 ;
T
S100V ;
3
3
AlS
Al100m .
Analisando o solo natural, de acordo com o grau de saturação, observamos que a
saturação por base expressa em porcentagem, encontrado na Tabela 4.2 como valor V, é
superior a 50%, tratando-se, portanto de um solo eutrófico, ou seja, solo fértil. Os valores de
saturação com sódio (100 Na+/T) são superiores a 6% e inferiores a 15% caracterizando o
caráter solódico ao solo, (o caráter solódico é usado para distinguir horizontes ou camadas
que apresentem saturação por sódio). A condutividade elétrica do extrato de saturação é alta
(CE = 1992 µS) indicando alta salinidade justificado pelo teor elevado de finos e a
dificuldade na penetração da água.
70
4.1.2.1 Capacidade de troca catiônica
Os cátions Na+, K
+, Ca
2+, Mg
2+ são denominados de bases trocáveis e os íons H
+ +
Al3+
são conhecidos por acidez extraível. Na Tabela 4.2 a soma destas bases trocáveis foi
denominada de S. A soma de S e da acidez extraível fornece o valor da CTC de um solo. O
solo estudado apresentou Capacidade de Troca Catiônica (CTC) com valor de 31,13
cmolc/kg, conforme Figura 4.5.
Figura 4.5 − Resultado do ensaio químico de CTC, com cura de 1 hora e após 120
dias.
Buol et al. (1997) comentam que a capacidade de troca catiônica de um solo pode
propiciar interpretações a respeito das características do mesmo, como: grau de
intemperismo, minerais argílicos constituintes e até expansividade. Ainda de acordo com o
autor solos minerais com CTC maiores que 20 cmolc/Kg podem apresentar significante teor
de montmorilonita, indicando, dessa forma, solos expansivos. A EMBRAPA indica um
valor de referência de 27 cmolc/Kg para distinguir valores altos de CTC de valores baixos.
Com base nessas referências o solo estudado apresentou uma alta Capacidade de Troca
Catiônica, justificando pela baixa permeabilidade.
150,23164,76
191,86
210,26
31,13 30,1639,18
43,35 47,13
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
0 1 2 3 4 5 6 7 8
CTC
(cm
ol/
kg)
Teor de Cal (%)
Após 1 Hora
Após 120 dias
71
4.1.2.2 Acidez do Solo
O pH nas amostras de solo servem para determinar a presença de alumínio trocável e
também a predominância da argila em processo de intemperização que é verificado pela
variação do pH em água e o pH em KCl. O pH verifica também a tendência dos sistemas
com altas concentrações de H+ e Al
+++ de flocular. Podendo ser utilizado também para
identificar qual o tipo do argilomineral analisado.
O pH de um solo não constitui um valor tão constante e característico como em
soluções aquosas. Além de oscilações apreciáveis que o pH pode sofrer no solo, devido à
atividade biológica, a variação do teor da água, as diferentes técnicas utilizadas na sua
determinação, fornecem resultados diferentes. As principais causas da variação são as
seguintes: efeito da diluição, efeito da suspensão, efeito de sais, CO2, oxidação e redução.
No presente trabalho, o pH foi determinado em H2O, em solução normal de KCl e em
solução de 0,01M de CaCl2. Os resultados apresentados na Tabela 4.3, sendo o maior valor
obtido em H2O. Conforme os resultados o solo de Cabrobó apresentou um pH (>7) assim é
fortemente alcalino. Guimarães (2002), divide o solo em função de seu pH, como:
Extremamente ácido: pH ≤ 4,3;
Fortemente ácido: 4,3 < pH < 4,4;
Ácido: 5,4 < pH < 4,5;
Moderadamente ácido: 5,5< pH < 5,9;
Levemente ácido: 6,0 < pH < 6,5;
Neutro: 6,6 < pH < 7,3
Alcalino: 7,4 < pH < 8
Fortemente Alcalino: pH >8,0;
72
Tabela 4.3 − Valores de pH encontrados na amostra de solo (após 1 hora de cura).
Amostra pH em H2O pH em KCl pH em CaCl2 RESULTADO
Solo sem Cal 8,6 6,45 7,92 Fortemente Alcalino(*)
Solo + 1% de Cal 11,37 10,09 10,95 Fortemente Alcalino
Solo + 3% de Cal 12,43 12,34 10,95 Fortemente Alcalino
Solo + 5% de Cal 12,52 12,44 12,42 Fortemente Alcalino
Solo + 7% de Cal 12,55 12,5 12,48 Fortemente Alcalino * Exceto o pH em KCl no solo sem cal que é considerado levemente ácido.
Embora, o pH não seja uma característica do solo, podendo assumir valores variáveis
com a técnica empregada na sua determinação e com as mudanças que podem ocorrer no
próprio solo, o seu conhecimento fornece importantes indicadores à Pedologia, Agronomia e
a Mecânica dos Solos.
A Tabela 4.4 também apresenta os valores de ΔpH (ΔpH = pH (KCl) – pH (água))
encontrado no solo analisado.
Tabela 4.4 − Valores de pH encontrados na amostra de solo
Amostra pH
∆pH Água KCL CaCl2
Solo 8,6 6,45 7,92 -2,15
De acordo com Kiehl (1979) apud Jacintho (2005) o valor de ΔpH negativo indica a
predominância de argilas silicatadas no solo, enquanto que um ΔpH positivo está
relacionado com a predominância de óxidos de ferro e de alumínio. Para a amostra de solo
ensaiada verificou-se resultado de ΔpH negativo indicando ser um solo com argilas silicatas
e com alumínios trocáveis. Esses componentes agem ativamente no processo de
estabilização do solo possibilitando uma melhoria nas suas propriedades.
4.1.2.3 Óxidos dos Solos
O ensaio de óxidos no solo nos permite saber o efeito de intemperismo. Os resultados
dos ensaios químicos de óxidos, pelo método de fluorescência de raio-X, realizados no solo
73
são apresentados na Tabela 4.5, onde o óxido de silício (Quartzo) prevalece com cerca de
60,75% sobre o óxido de alumínio e sobre o óxido de ferro.
Tabela 4.5 − Valores das porcentagens de óxidos e Perda ao fogo no solo
Amostra Óxidos
SiO2 Al2O3 Fe2O3t MgO MnO CaO Na2O K2O TiO2 P2O5 PF TOTAL
Solo sem Cal 60,75 12,97 4,39 0,75 0,06 2,93 0,94 2,24 0,82 0,02 10,37 96,23
4.1.2.4 Determinação de Matéria Orgânica
O valor de matéria orgânica obtida a partir do carbono orgânico no solo de Cabrobó
apresentou resultado com valor de 0,67%, demonstrando assim que o solo não apresenta
uma percentagem significativa de matéria orgânica, pois segundo a EMBRAPA (1979) um
solo rico em matéria orgânica possui teor > 5,0 %.
De acordo com as diretrizes da National Lime Association (2004), para o solo ser
apto à estabilização com cal este precisa que o seu teor em matéria orgânica não ultrapasse
1%.
4.1.3 EXPANSÃO “LIVRE” E TENSÃO DE EXPANSÃO
4.1.3.1 Expansão “livre”
A expansão “livre” do solo, obtido através do ensaio de expansão "livre" (El = 100∆h
/ ho), variou de 7,45% (para tensão de 1,0 kPa) a 3,20 % (para tensão de 10 kPa), A
magnitude da expansão "livre" depende da tensão de sobrecarga que o solo está submetido.
Deve-se, portanto, ao indicar o valor da expansão "livre", mencionar à tensão a que foi
submetido. Pelo critério de Vijayvergiya e Ghazzaly (1973) (inundação a 10 kPa), o solo
tem um grau de expansividade médio. Ferreira e Ferreira (2009), analisando uma argila
bruno-avermelhada de Petrolândia- PE constatou que a expansão “livre” é função da
pequena sobrecarga colocada e da umidade inicial de em que se encontra o solo.
74
4.1.3.2 Tensão de expansão
A tensão de expansão no solo sem cal foi analisada por diferentes métodos, como
está apresentado na Figura 4.6. Quando o solo foi inundado, sob as tensões verticais de
consolidação de 10 a 80 kPa, ele expandiu. Sob a tensão de 320 kPa houve a transição entre
expansão e colapso, para as tensões de 640 a 1280 kPa o solo colapsou. Na mesma Figura é
mostrado a expansão do solo devido à inundação com o tempo até a estabilização das
deformações, para diferentes tensões verticais de inundação (10, 20 e 80 kPa) e a
consolidação com o acréscimo de tensão até o solo atingir a altura inicial, antes da
inundação, mostrada na Figura 4.6 (b). No Método 1 (Carregamento após expansão com
diferentes tensões verticais de consolidação), Figura 4.6 (b) o valor médio da tensão de
expansão obtida foi de 90 kPa. Pelo Método 2 , Figura 4.6 (c), foi determinado o valor da
tensão de expansão de 100 kPa. A relação entre a expansão do solo após estabilização com a
tensão vertical de consolidação em escala logarítmica é aproximadamente linear.
Figura 4.6 − Métodos de tensão de expansão (a) Expansão sob tensão; (b) Método 1 –
Carregamento após expansão com diferentes tensões verticais de consolidação; (c) Método 2
– Expansão e colapso; (d) Volume constante e de Rao et al (1988); (e) Justo et al (1984).
c)
75
O valor da tensão de expansão a Volume Constante - Método 3, impedindo a
variação de volume do solo, foi de 87 kPa e a curva de deformação volumétrica específica é
apresentada na Figura 4.6 (d). Após a determinação da tensão de expansão a Volume
Constante, procedeu-se o carregamento para a determinação da tensão de expansão pelo
método 4, Rao et al. (1988). A mesma Figura mostra o resultado deste ensaio com o valor da
tensão de expansão de 120 kPa obtida. Na Figura 4.6 (e) a tensão de expansão determinada
pelo Método 5, Justo et al. (1984), tem um valor de 80 kPa e depende da curva de inundação
sob tensão e da curva de umidade natural.
A tensão de expansão do solo obtida pelo Método 1 depende da trajetória de tensão
seguida antes da inundação, notoriamente os valores mais baixos da tensão vertical de
consolidação.
A Figura 4.7 mostra o comportamento das curvas de tensão em função do tempo,
após a inundação no ensaio edométrico simples. Para a tensão de 10 a 80 kPa, a deformação
devido a inundação medido com o tempo, é de expansão, para a tensão de 320 kPa houve
expansão até os primeiros 100 minutos e em seguida colapso até os 1000 minutos. Houve
colapso para a tensões de 640 a 1280 kPa. Roo (2006) considerou três fases para o processo
de deformação de expansão e/ou colapso do solo, concluindo que a defornação inicial está
associada com a microestrutura, enquanto que a deformação primária e secundária está
associada com a macroestrutura, Figura 4.7. Na fase inicial, a intervalos de menos de 1
minuto, há pequenas deformações no solo e a água se infiltra apenas na periferia. Na fase
primária, intervalo de 1 a 300 minutos, a água se infiltra a partir da periferia para o centro,
umidificando o solo progressivamente, ocorrendo deformações com maior intensidade. Na
secundária, intervalo superior a 300 minutos, a água chega ao centro do núcleo, e os espaços
vazios são quase completamente cheios de água e a velocidade da deformação diminui.
76
Figura 4.7 − Comportamento da variação de deformação no período de tempo sob tensão (a)
pequena alteração na umidade do solo; (b) mudança de umidade na periferia do solo; (c)
apenas o núclo central mantém a umidade inicial; (d) não há mudança na umidade do solo.
A tensão de inundação sendo muito baixa, o desenvolvimento do mecanismo é mais
completo. Caso a inundação se processe depois (Método 2 e Método 5) ou de forma
simultânea (Mètodo 3), o mecanismo de expansão desenvolve-se no solo de forma parcial,
em virtude de estar sob tensão, atingindo um umedecimento menor.
A trajetória de tensão seguida para a determinaçao da tensão de expansão, Método 1,
é de menor interesse pois na prática só é aplicada quando se usa a técnica de inundação
prévia e posterior construção. A vantagem se apresenta caso a inundação seja realizada à
baixa tensão, para possiblitar uma maior expansão e, após a expansão, a construção não
transmita uma tensão elevada, em virtude de o solo inundado apresentar maior compressão
do que o solo não saturado sob cargas maiores.
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0,1 1 10 100 1000 10000
Def
orm
ação
de
exp
ansã
o (
%)
Tempo (minutos)
10 kPa 20 kPa 80 kPa 320 kPa 640 kPa 1280 kPa
Expansão ou colapso
inicial
a b
EXPANSÃOExpansão ou
Colapso Secundário
Expansão ou colapso
primário
COLAPSO c d
77
Em relação aos métodos, a diferença entre eles é a ordem seguida entre a aplicação
de tensão e a inundação, por exemplo: Método 1 a amostra é inundada primeiro e carregada
depois; Método 2 a amostra é carregada primeiro e inundada depois; Método 3 a inundação
e carregamento ocorrem simultaneamente; Método 4 inicialmente ocorre como no Método 3
até a tensão de expansão a volume constante, posteriormente eleva-se o carregamento
comprimindo o solo. Método 5 a curva de inundação sob tensão depende mais do estado de
tensão do solo.
As diferentes trajetórias de tensões aplicadas ao solo utilizadas nos métodos levam a
valores distintos da tensão de expansão. Comportamento similar foi obtido na argila de
Petrolândia-PE, por Ferreira e Ferreira (2009), na argila de Pesqueira-PE por Silva e Ferreira
(2007) e por Delgado (1986) na argila compactada Arahal-A coletada da Barreira La Paz de
Arahal (Sevilla) conforme na Tabela 4.6.
Tabela 4.6 − Tensão de expansão da argila de Cabrobó,na argila de Petrolândia-PE, por
Ferreira e Ferreira (2009), na argila de Pesqueira-PE por Silva e Ferreira (2007) e na
Barreira La Paz de Arahal (Sevilla) por Delgado (1986).
Método de Tensão de
Expansão
Tensão de Expansão (kPa)
Argila de
Cabrobó
Argila de
Petrolândia. Ferreira
e Ferreira (2009)
Argila de
Pesqueira. Silva e
Ferreira (2007)
Argila de
Sevilha.
Delgado (1986)
1 Carregamento após expansão
com diferentes tensões
verticais de consolidação
90 333 168 260
2 Expansão e colapso sob
tensão 100 239 365 150
3 Volume Constante 87 242 110 193
4 Rao et al. (1988) 120 330 140 -
5 Justo et al. (1984) 80 277 310 200
6 Ensaio Edométrico duplo - 308 180 290
Média 95 288 212 219
4.1.4 COMPRESSÃO SIMPLES
Na Tabela 4.7 são apresentados os resultados do ensaio de resistência à compressão
simples para dois corpos de prova do mesmo solo. Para o solo sem cal, compactado,
observamos que houve uma resistência a compressão simples em média de
aproximadamente 37 kPa. Através de observação a Figura 4.8 verifica-se que as formas da
78
curva de resistência a compressão simples em relação a deformação são relativamente
parecidas para os dois corpos de prova, apresentando um comportamento de pico na curva
tensão deformação.
Tabela 4.7 − Resistência a Compressão Simples do solo e das misturas solo-cal.
Tempo de
Cura
Teor de Cal
0% (kPa) 3% (kPa) 5% (kPa) 7% (kPa)
CP*1 CP2 CP1 CP2 CP1 CP2 CP1 CP2
Imediato 36,81 37,79
48 horas 37,38 29,55 238,55 184,3 192,43 163,44 227,7 232,97 *Corpo de Prova
Figura 4.8 − Resistência a Compressão Simples do solo, sem cal, em relação a deformação.
4.2 CAL
Os resultados das análises química da cal são apresentados na Tabela 4.8.
Tabela 4.8 − Resultados das análises químicas
Determinações Unidade Resultado
Umidade % 1,31
Perda ao fogo % 24,23
Óxido de ferro (Fe2O3) % 0,22
Óxido de cálcio total (CaOT) % 66,93
36,81
37,79
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00
Ten
são
Cis
alh
ante
(kP
a)
Deformação Axial (%)
Solo sem Cal CP1
Solo sem Cal CP2
79
Óxido de cálcio disponível (CaOD) % 58,49
Anidrido Carbônico (CO2) % 4,09
Massa específica g/mL 0,445
Finura: Peneira 30 – 0,600 mm % 0,1
Peneira 200 - 0,075 mm % 0,13
Retenção de água % 87
A determinação da finura (ABNT, 1998) encontrou um resultado de: peneira 30 –
0,600 mm 0,10% e na peneira 200 – 0,075 mm 0,13%, onde a cal com o selo de qualidade
CHI apresenta limites de ≤ 0,5% e ≤ 10% respectivamente. A retenção de água foi 87% e a
norma estabelece um limite ≥ 75%, (ABNT, 1996). Verifica-se que todos os parâmetros
analisados apresentam resultados compatíveis com uma cal de ótima qualidade CHI,
segundo a ABNT (2003a).
Os valores do óxido de cálcio determinados segundo as recomendações da norma
ABNT (2003b), Tabela 4.9, e pela técnica analítica de espectrometria de fluorescência de
raios-X, Tabela 4.9, foram próximos.
Tabela 4.9 − Resultado dos Óxidos da Cal
Amostra Óxidos
SiO2 Al2O3 Fe2O3t MgO MnO CaO Na2O K2O TiO2 P2O5 PF TOTAL
Cal 0,00 1,50 0,00 1,93 0,00 66,42 0,00 0,12 0,06 0,01 27,44 97,48
4.3. MISTURA SOLO-CAL
Inicialmente a dosagem das misturas de solo-cal foi realizada utilizando-se o método
proposto por Eades e Grim (1966) que é baseado no valor do pH. De acordo com esses
autores a mais baixa porcentagem da cal que confere a mistura solo-cal um pH = 12,4, após
uma hora da realização da mistura, é a necessária para estabilizar o solo. Foram realizados
ensaios para determinar o pH da amostra de solo adicionada a cal nos teores de 1%, 3%, 5%,
7%. Os resultados obtidos pela mistura encontram-se na Tabela 4.10 e Figura 4.9.
80
Tabela 4.10 − Valores de pH (Método de Eades e Grim, 1966).
Tempo de Cura Teor de Cal (%)
0% 1% 3% 5% 7%
Após 1 Hora 8,6 11,37 12,43 12,52 12,55
Após 120 dias 8,6 9,44 13,85 13,97 14
Observa-se que o valor do pH em água encontrado para o solo, sem cal, inicialmente
foi de 8,6 (um solo fortemente alcalino). A medida que foi adicionado cal ao solo o pH foi
aumentado até atingir o valor de 12,55, para 7% de cal, Figura 4.8. Verifica-se que o
acréscimo de 3% de cal ao solo eleva o valor do pH da mistura a 12,43 (um aumento de
44,5%, em relação ao estado inicial), superior a 12,4 proposto por Eades e Grim (1966),
indicando que o solo se apresenta em condições adequadas para se ter o processo de
estabilização. Essa elevação de pH se deve a troca de íons, conforme estudos de Thomé
(1994).
Para verificar se com o tempo de cura da mistura solo-cal o pH continuava
estabilizado, os ensaios foram repetidos após 120 dias, tempo necessário para que todos os
elementos da cal interagissem com as partículas do solo proporcionando uma reação
pozolânica. Pudemos observar que com a concentração de 1% de cal ao solo o pH passa a
ser maior de que no seu estado inicial. Entretanto, a partir de 3% do teor os valores de
aumento são similares aos obtidos no ensaio após 1 hora (diferença em média de 1,44) até
atingir o pH de 13,85.
Figura 4.9 − Variação do pH em água com o teor de cal.
8,6
11,37 12,43 12,52 12,55
8,6
9,44
13,8513,97 14
5
7
9
11
13
15
0 1 2 3 4 5 6 7 8
pH
em
Águ
a
Teor de Cal (%)
Após 1 hora
Após 120 dias
7,6< pH < 10,0 - os agrupamentos silanol começam a reagirpH > 10,0 - início das reações pozolânicas
81
4.3.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
A adição de cal hidratada ao solo elevou a proporção das frações areia e silte, e
diminuição da fração argila, Tabela 4.1 e Figura 4.10. E consequentemente o aumento da
relação silte / argila de 0,92 para 3,82%, indicando um aumento no grau intemperizado,
Tabela 4.1. Para o acréscimo de 3% a 7% de cal ao solo a fração areia teve pequena variação
na mistura. A Figura 4.11 mostra a variação nas percentagens das frações para o solo no
estado natural e com a adição de cal.
Figura 4.10 − Curvas granulométricas no solo e nas misturas solo-cal.
Figura 4.11 − Variação das frações areia, silte e argila.
29
4240
40
34
26
36
47
37
32
24
1310
15
20
25
30
35
40
45
50
0 1 2 3 4 5 6 7 8
% d
e P
art
ícu
las
Teor de Cal (%)
Areia
Silte
Argila
82
O acréscimo da fração silte e areia com adição de cal confirma o que é apresentado
na literatura, que a adição de cal eleva o percentual de partículas da textura mais grossa. Isso
se dá devido a ação da reação química que ocorre imediatamente após a mistura do solo com
a cal, a troca catiônica, que reduz a espessura do espaçamento entre camadas e, assim,
levando a floculação do material. Em consequência, as partículas floculadas apresentam
partículas de maiores dimensões. Resultado similar foi observado por Silva Junior (2010) ao
estudar uma argila expansiva, o autor constatou que a adição de 9% aumentou o percentual
de partículas de textura mais grossa.
Para melhor avaliar a influência da adição da cal no aumento das dimensões das
partículas foram realizados ensaios por difração a laser para dimensões < 0,64mm. Os
resultados destes ensaios são apresentados na Figura 4.12.
Figura 4.12 − Distribuição dos tamanhos das partículas do solo obtida por difração a laser.
Analisando a Figura 4.12, é possível observar que a curva de distribuição de
frequência do ensaio de difração a laser monomodal é extremamente uniforme onde os grãos
estão dentro de uma faixa muito estreita de grãos de 0,002 à 0,02 mm, com pico de
frequência acumulado maior que 80%. A curva de distribuição de frequência da amostra de
solo e solo-cal apresentam distribuição de partículas com comportamento bimodal (2 picos).
No solo sem cal há uma maior concentração de grãos na primeira faixa com intervalo de
0,001 à 0,01mm, e percentual acumulado de aproximadamente 35%. Na segunda faixa o
intervalo é de 0,06 à 0,2 mm com pico de frequência acumulado de 45%.
83
Com a adição de cal ao solo observamos na Figura 4.12 e Tabela 4.11 que há um
deslocamento das curvas na direção do lado direito, mostrando que houve um aumento no
tamanho das partículas (aumento da porcentagem de silte e areia fina). A Tabela 4.11 mostra
a porcentagem acumulada de material para cada amostra.
Tabela 4.11 − Tabela do resultado do ensaio de Difração a Laser.
Amostra --------------------- Pico 1 ------------------ --------------------Pico 2 --------------------
Diam (µm) %Intervalo % Acumulada Diam (µm) %Intervalo % Acumulada
Solo sem Cal 0,0036 3,63 26,96 0,10358 4,71 83,41
Cal 0,009 8,71 71,24 --- --- ---
Solo + 3% 0,01048 3,16 37,13 0,12067 4,31 83,05
Solo + 5% 0,01048 2,91 32,28 0,16377 4,83 85,98
Solo + 7% 0,01221 3,26 40,81 0,14058 4,00 87,02
Os limites de consistência da amostra solo-cal mostram que o aditivo, a cal, elevou
os valores de Limite de Liquidez em menor intensidade do que o acréscimo de valores para
o Limite de Plasticidade, indicando redução no Índice de Plasticidade, conforme Tabela 4.1
e Figura 4.13 Esta redução do IP com o acréscimo de cal ao solo proporciona ao mesmo uma
melhor trabalhabilidade quando comparadas a amostra do solo sem cal.
Figura 4.13 − Análise do ensaio de Limite de Liquidez no solo e nas misturas solo-cal.
Brandl (1981) atribuiu que as rápidas mudanças nos valores dos limites de Atterberg
com adição de cal, devem-se as transformações estruturais e floculação do material. Para o
autor quanto maior a fração coloidal e a atividade da argila, maior será o decréscimo do
limite de liquidez.
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
50,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Teo
r d
e U
mid
ade
(%
)
Teor de Cal (%)
WL
WP
IP
84
Comportamento similar da variação do WP e IP foi obtido por Goosen et al. (2006),
Figura 2.13. A adição de cal a um solo argiloso causa um aumento do WP. Com relação ao
WL o autor afirma que há diminuição dos seus valores, o mesmo comportamento não
ocorreu no WL do solo estudado. No entanto, Diamond e Kinter (1965) argumentam que
mesmo em solos que o WL aumenta com o teor de cal, o acréscimo não é maior que o WP,
resultando numa redução do IP, assim como foi encontrado no presente trabalho, Figura
4.13.
Através do comparativo entre as composições granulométricas e os limites de
consistência do solo no seu estado natural (sem cal) e com adição de cal, conclui-se que a cal
proporcionou uma alteração considerável na textura do solo e no seu comportamento
plástico. O solo sem cal que era uma argila de baixa compressibilidade (CL), na
Classificação Unificada, para as maiores porcentagens de cal adicionada ao solo a mistura
tornou-se um silte (ML).
A adição de cal ao solo reduziu o valor do percentual de água no extrato de saturação
na mistura solo-cal para um teor 3% de cal. Para os valores superiores a 5% de cal
adicionada ao solo os valores dos percentuais de água no extrato de saturação não se
alteraram permanecendo praticamente constante, conforme Figura 4.14.
Figura 4.14 − Variação de água no extrato de saturação na mistura solo-cal.
48,2 43,8 44,2 45
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Cabrobó - PE
% Á
gua
no
ext
rato
de
satu
raçã
o
Teor de Cal (%)
85
A Figura 4.15 apresenta a curva de compactação do solo e das misturas solo-cal para
os diferentes teores de cal. A adição de cal ao solo modificou a forma da curva de pico
duplo (solo sem cal) para único pico (solo-cal), isto se deu porque a adição de cal ao solo
tornou a mistura com partículas de dimensões maiores (floculadas); houve uma diminuição
da umidade ótima enquanto o peso específico seco máximo da mistura solo-cal pouco variou
(de 17,10 kN/m³ à 17,6 kN/m³), Tabela 4.12 e Figura 4.14.
Figura 4.15 − Curva de compactação do solo e da mistura solo-cal.
Tabela 4.12 − Peso específico aparente seco máximo e umidade ótima para o solo natural e
com a adição de cal.
Material Peso específico aparente seco
máximo (kN/m³)
Umidade Ótima (%)
Solo sem Cal 17,80 15,33
Solo + 3% de Cal 17,30 11,19
Solo + 5% de Cal 17,10 10,96
Solo + 7% de Cal 17,60 12,45
15,00
15,50
16,00
16,50
17,00
17,50
18,00
5,00 8,00 11,00 14,00 17,00 20,00 23,00
Solo sem Cal
3% de Cal
5% de Cal
7% de Cal
Teor de Umidade (%)
Pes
oes
pec
ífic
o a
pa
ren
te s
eco
kN
/m³
86
A variação do peso específico aparente seco máximo e a umidade ótima, em relação
ao teor acrescido de cal, são apresentadas na Figura 4.16. É observado que o peso específico
aparente seco máximo e a umidade ótima decrescem com o acréscimo de cal até o teor de
5%, aumentando para o teor de 7% de cal na mistura.
Figura 4.16 − Variação do Peso específico aparente seco e Umidade para diferente teor de
Cal.
Este resultado confere com o que afirma Osinubi (1998), que constatou uma
tendência na diminuição do (γd) à medida que o tempo de espera entre a mistura solo-cal e a
compactação aumenta, e que há uma redução na umidade ótima da mistura, assim como foi
observado neste estudo. De acordo com o autor este resultado pode ser atribuído às trocas
catiônicas e a floculação das partículas de argila, que ocorrem simultaneamente, deste modo
diminuindo a água disponível no sistema.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
17
17,5
18
18,5
19
19,5
20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Um
idad
e Ó
tim
a (%
)
Pes
o E
spec
ífic
o A
par
ente
Sec
o (
kN/m
³)
Teor de Cal (%)
γd solo
γd solo + 3% cal
γd solo + 5% cal
γd solo + 7% cal
Peso Específico
Wot solo
Wot solo + 3% cal
Wot solo + 5% cal
Wot solo + 7% cal
Umidade Ótima
87
4.3.2 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA
A adição de cal ao solo causa redução dos óxidos de silício, alumínio, ferro, sódio,
potássio e no dióxido de titânio e consequentemente acréscimo dos óxidos de magnésio e
cálcio pertencentes a cal, conforme visto na Tabela 4.13.
Tabela 4.13 − Valores das porcentagens de óxidos e Perda ao fogo nas misturas solo-cal.
Óxidos Solo-Cal
Cal Solo 3% 5% 7%
SiO2 0,00 60,75 58,92 57,94 56,86
Al2O3 1,50 12,97 12,8 12,63 11,96
Fe2O3t 0,00 4,39 4,19 4,04 3,96
MgO 1,93 0,75 0,82 0,85 0,85
MnO 0,00 0,06 0,06 0,05 0,05
CaO 66,42 2,93 4,94 5,95 6,80
Na2O 0,00 0,94 0,92 0,90 0,88
K2O 0,12 2,24 2,17 2,12 2,10
TiO2 0,06 0,82 0,77 0,77 0,76
P2O5 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02
PF 27,44 10,37 10,62 10,91 11,85
TOTAL 97,48 96,23 96,22 96,18 96,07
Os resultados da capacidade de troca catiônica para o solo sem cal e o solo-cal, com
tempo de cura de 1 hora e 120 dias, estão apresentados na Tabela 4.14 e na Figura 4.4.
Tabela 4.14 − Resultado da Capacidade de Troca Catiônica da mistura solo-cal.
CTC
Teor de Cal
0%
(cmolc/kg)
1%
(cmolc/kg)
3%
(cmolc/kg)
5%
(cmolc/kg)
7%
(cmolc/kg)
Após 1 hora 31,13 150,23 164,76 191,86 210,26
Após 120 dias 31,13 30,16 39,18 43,35 47,13
Analisando os resultados da capacidade de troca catiônica após 1 hora percebe-se
que houve um considerado aumento num espaço de tempo muito curto. Isto não que dizer
que houve um aumento de expansão do solo, mas evidencia que a interação solo-cal
desencadeou as reações químicas de imediato (a troca catiônica e em seguida a floculação)
para posterior reações químicas lenta (cimentação e carbonatação).
88
No entanto, há uma significativa redução da CTC quando o tempo de cura é maior
(120 dias). Isto se dá porque quando o solo é misturado a cal há, primeiro, uma lenta
assimilação do solo para depois começar a interação dos elementos da cal com o
argilomineral. Assim, este tempo de cura entre as misturas é necessário para que ocorra uma
completa reação, proporcionado ao solo um melhor processo de cimentação e uma maior
estabilização. Estes resultados confirmam o que Prusinski et al (1999) declararam, que a
troca catiônica e a floculação são as primeiras reações após a mistura solo-cal.
4.3.3 MICROESTRUTURA
O estudo da contextura (microestrutura) do solo sem cal e das misturas solo-cal na
umidade ótima e peso específico aparente seco máximo, respectivos, obtidos pela
microscopia eletrônica de varredura (MEV) são apresentados nas Figuras 4.17 (solo sem
cal), Figura 4.18 (solo com 3% de cal), Figura 4.19 (solo com 5% de cal) e Figura 4.20 (solo
com 7% de cal).
A argila expansiva de Cabrobó apresenta uma macroestrutura prismática composta de
fortes e grandes blocos angulares e subangulares com superfície de fricção, Figuras 4.17. O
plasma destes microagregados é constituído por grãos muito finos “criptovazios” (diâmetro
da ordem de 0,1 µm) representando uma parte da porosidade, a microestrutura é
caracterizada pela existência de uma armação contínua, formada pela união dos
microagregados, composto por um plasma argiloso, comportamento semelhante foi
observado por Chauvel (1981)
89
Figura 4.17 − Eletromicrografias do solo de Cabrobó compactado (a) aumentada 200X. (b)
aumentada 500X. (c) aumentada 1000X. (d) aumentada 2000 X.das microestruturas do solo
expansivo de Cabrobó – PE. (e, f) Eletromicrografias em outro ângulo (aumentadas em
1000 e 5.000 X) respectivamente.
As eletromicrografias (aumentadas em 500 e 5.000X) das misturas solo-cal
compactadas na umidade ótima e peso específico aparente seco máximo apresentadas nas
Figuras 4.18 (mistura solo-cal + 3% de cal), Figura 4.19 (mistura solo-cal + 5% de cal) e
Figura 4.20 (mistura solo-cal + 7% de cal), mostraram que os microagregados se comportam
como grãos “pseudo areias”, que se acomodam em consequência do esforço aplicado,
deixando entre si alguns vazios. Além da porosidade de acomodação do solo, existe uma
90
microporosidade, a nível de borda de microagregado, que não existe no solo sem cal e que é
resultado da ação da cal em contato com o plasma, identificações semelhantes foram
observadas por Nóbrega (1981), A cal provoca uma elevação do pH do solo tornando-o
alcalino e seus constituintes instáveis, podendo com o tempo se solubilizar e recombinar-se
com o cálcio, proveniente da cal, numa estrutura mineralógica estável. A microporosidade
observada é consequência desta reação da cal, que ataca o plasma promovendo a
neoformação de assembleias cristalinas nas bordas dos microagregados, preenchendo
parcialmente os vazios (fenômeno neosíntese).
Figura 4.18 − (a, b) Eletromicrografias (aumentadas 500 e 5.000 X) das microestruturas do
solo com adição de 3% de cal.
Figura 4.19 − (a, b) Eletromicrografias (aumentadas 500 e 5.000 X) das microestruturas do
solo com adição de 5% de cal.
91
Figura 4.20 − (a, b) Eletromicrografias (aumentadas 500 e 5.000 X) das microestruturas do
solo com adição de 7% de cal.
4.3.4 ANÁLISE POR TERMOGRAVIMETRIA
As curvas da TG (Termogravimetria) e DTG (Termogravimetria Derivada) para o
solo natural e das misturas solo-cal são apresentadas na Figura 4.21. Os valores das perdas
de massa e massa residual, correspondente as temperaturas, são mostrados nas Tabelas 4.15
e 4.16.
92
Figura 4.21− Curvas TG e DTG nas amostra (a) solo natural; (b) cal; (c) solo + 3% de cal;
(d) solo + 5% de cal; (e) solo + 7% de cal.
Para a interpretação das curvas foi tomado como referência o livro
Tecnologia das Argilas, Santos (1989). De acordo com esta literatura, as transformações
térmicas da montmorilonita ilustradas na Figura 4.21 (a) mostra que entre 100°C até 250°C
há um pico endotérmico intenso de perda de água adsorvida; A 400°C, inicia-se a reação de
desidroxilação do hidróxido de montmorilonita que é completada a 700°C.
Tabela 4.15 − Perda de Massa
Solo Natural Cal Solo + 3% Solo + 5% Solo + 7%
Temp. Perda Temp. Perda Temp. Perda Temp. Perda Temp. Perda
°C % °C % °C % °C % °C %
123,5 4,69 225 1,4 119,7 4,35 120,3 4,14 119,7 4,02
506,3 2,93 375 0,9 503,7 2,47 504,3 2,58 503,7 2,98
506,3 16,09 714,6 0,95 719,1 1,18 719,6 1,22
814,7 10,83
93
Tabela 4.16 − Massa Residual
Solo Natural Cal Solo + 3% Solo + 5% Solo + 7%
Temp. Resíduo Temp. Resíduo Temp. Resíduo Temp. Resíduo Temp. Resíduo
°C % °C % °C % °C % °C %
998,5 92,38 998,8 70,78 998,6 92,22 998,6 92,11 998,3 91,78
A análise do ensaio de TG/DTG da amostra de cal, mostrado nas curvas da Figura
4.21 (b), teve como base o estudo da composição química da cal hidratada feita por Cincotto
(1980), Figura 2.8 e Tabela 2.5. Na interpretação das curvas admitiu-se que até 225°C houve
perda de umidade (desidratação); entre a faixa de 225°C e 375°C houve desidroxilação do
hidróxido de magnésio, há desidroxilação do hidróxido de cálcio entre 375°C e 506°C; e
desidroxilação do hidróxido de cálcio entre 506°C e 815°C.
As curvas referentes aos solos acrescidos de cal apresentam similaridade entre si,
conforme se observa nas Figuras 4.21 (c), (d) e (e). Verifica-se até a faixa de 120 °C, perda
de água; na faixa entre 400,00 °C e 600°C picos que representam a desidroxilação do
hidróxido da montmorilonita e na faixa entre 600°C e 800°C há a descarbonatação (processo
de calcinação) da calcita.
Os dados da termogravimetria nos permitem realizar o cálculo da composição
quantitativa das amostras quanto aos teores de óxidos combinados, como está apresentado
na Tabela 4.17.
Tabela 4.17 − Resultado obtido através das curvas TG / DTG.
Amostra Ca (OH)2 (%) Mg (OH)2 (%) CaO (%) MgO (%)
Cal 51,84 44, 523 33,67 37,75
Solo-Cal (3%) 1,55 1,33 1,01 1,13
Solo-Cal (5%) 2,60 2,23 1,68 1,89
Solo-Cal (7%) 3,63 3,11 2,36 2,65
94
4.3.5 EXPANSÃO LIVRE E TENSÃO DE EXPANSÃO
A adição da cal ao solo reduziu a Expansão “Livre”, Tabela 4.18 e Figura 4.22,
utilizando o critério de Vijayvergiva e Ghazzay (1973) e a Tensão de Expansão obtida pelo
Método a Volume Constante, Tabela 4.18 e Figura 4.23. A adição de 3% de cal ao solo torna
a mistura menos expansiva, estabiliza-o quanto à Expansão Livre. Evans e Bell (1981)
encontrou comportamento semelhante ao estabilizarem um solo expansivo na Austrália. Os
autores afirmam que a adição de cal a um solo expansivo causa uma diminuição do potencial
de expansão, sendo que nos primeiros incrementos de cal ocorrem as maiores reduções do
comportamento expansivo do material.
Os valores obtidos com relação a expansão verificou-se que, após a adição da cal aos
solos estudados e compactados, as misturas estabilizadas apresentaram uma redução da
expansão à medida que uma maior quantidade de estabilizante foi adicionada a amostra
ensaiada. A Tabela 4.18 mostra os resultados do ensaio de expansão obtidos para todas as
misturas estabilizadas analisadas neste trabalho.
Tabela 4.18 − Valores de expansão para as misturas solo-cal
Amostra Expansão “Livre” (%)
Tensão de expansão (kPa)-
Método Volume Constante
Solo sem cal 7,45 87
Solo + 3% de Cal 0,4 10
Solo + 5% de Cal 0,06 5
Solo + 7% de Cal 0 0
95
Figura 4.22 − Variação de expansão livre com o teor de cal.
A variação dos valores da tensão de expansão no solo e nas misturas solo-cal
determinadas pelo método Volume Constante é apresentada na Figura 4.23. No solo sem cal
a tensão de expansão foi de 87 kPa. A adição de cal ao solo reduziu o valor da tensão de
expansão tornando a mistura solo-cal menos expansiva. O valor de 7% de cal adicionado ao
solo reduziu a tensão de expansão a zero.
Figura 4.23 − Variação da tensão de expansão com o teor de cal.
A redução nas características de expansão são geralmente atribuídas a uma
diminuição da afinidade com a água dos solos saturados pelo íon cálcio diminuindo a
7,45
0,40,06 0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Cabrobó - PE
Exp
ansã
o L
Ivre
Teor de Cal (%)
Tempo de cura máximo t= 1 hora
87
10 50
475
10075 63
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ten
são
de
Exp
ansã
o
% Cal
Solo Cabrobó
Goosen et al 2006
Mét odo Volune Constante
96
presença de água (a cal fornece cátions para equilibrar a superfície do argilomineral e,
conseqüentemente, diminuir a espessura da camada dupla difusa), e pela formação de uma
matriz cimentante, que resiste a expansão volumétrica (Blandl, 1981; TRB, 1987). Chen
(1975) considera que a cal é o agente mais favorável para reduzir o potencial de expansão
dos solos. Evans e Bell (1981) afirmam que nos primeiros incrementos de cal ocorrem as
maiores reduções do comportamento expansivo do material.
Os resultados obtidos confirmam a afirmação feita por Herrin e Mitchell (1961),
esses autores afirmaram que a cal influencia a expansão dos solos e que sua adição, até certo
teor, causa reduções volumétricas. Goosen et al (2006), também constatou o que é
apresentado na literatura que o acréscimo de cal diminui a pressão de expansão do solo,
conforme se observa na Figura 2.14, e que o tempo de cura influencia diminuindo, para cada
teor de cal, a pressão de expansão.
4.3.6 RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES
Os corpos de prova (CP) ensaiados apresentaram uma ruptura brusca à compressão
simples, conforme Figura 4.24 (a, b). Apresentando uma superfície de ruptura com tendência
diagonal em relação ao eixo axial.
Figura 4.24 − Corpo de prova (a) antes do rompimento; (b)
após o rompimento.
97
As Figuras 4.25, 4.26 e 4.27 apresentam o comportamento do gráfico de Resistência
a compressão simples da amostra de solo natural (sem cal) e da amostra ensaiado com a
adição do estabilizante, a cal, nos teores de 3%, 5% e 7%. Essas misturas foram submetidas
a períodos de cura de 0 hora e 48 horas. A tabela 4.19 mostra os valores de deformação,
tensão e o módulo de elasticidade de cada ensaio.
Figura 4.25 − Evolução dos valores da RCS para as amostras de solo natural e com adição
de 3% de cal, para cura de 48 horas.
Figura 4.26 − Evolução dos valores da RCS para as amostras de solo natural e com adição
de 5% de cal, para cura de 48 horas.
0,00
25,00
50,00
75,00
100,00
125,00
150,00
175,00
200,00
225,00
250,00
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
Ten
são
Cis
alh
ante
(kP
a)
Deformação Axial (%)
Solo sem Cal CP1
Solo sem Cal CP2
3% CP1
3% CP2
0,00
25,00
50,00
75,00
100,00
125,00
150,00
175,00
200,00
225,00
250,00
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
Ten
são
Cis
alh
ante
(kP
a)
Deformação Axial (%)
Solo sem Cal CP1
Solo sem Cal CP2
5% CP1
5% CP2
98
Figura 4.27 − Evolução dos valores da RCS para as amostras de solo natural e com adição
de 7% de cal, para cura de 48 horas.
Tabela 4.19 – Valores de deformação, tensão e módulo de elasticidade dos ensaios.
Resistência à Compresão
Simples
Teor de Cal
0% 3% 5% 7%
CP1 CP2 CP1 CP2 CP1 CP2 CP1 CP2
Deformação Axial ea(%) 6,99 6,49 3,41 3,43 3,43 2,94 3,42 2,91
Tensão (kPa) 36,81 37,79 238,55 184,30 192,43 163,44 227,70 232,97
Módulo de Elasticidade
(σ/(ea/100)) 526,89 582,73 6992 5369,9 5612 5559 6665,6 7993,4
Com base nos resultados de RCS apresentados, observou-se que as amostras de solo
tratadas com cal apresentaram ganhos de resistência considerados, mostrando-se superiores
em relação ao solo no seu estado natural (sem cal). Semelhança foi encontrada nos estudos
de Eades e Grim (1960) que constataram que o aumento de resistência para solos com
caulinita, inicia com a adição dos primeiro teores de cal, enquanto que para solos contendo
ilita e montmorilonita são necessários adicionar 4 a 6 % de cal para que ele se desenvolva.
Isto se dá porque, no caso das argilas contendo ilita e montmorrrilonita, é necessário que
haja uma saturação das camadas pelo íon cálcio para que se inicie o ataque ao argilomineral.
Inglês e Metcalf (1972) observaram que o aumento da resistência a compressão simples da
mistura solo-cal se dá de forma linear e de acordo com a quantidade de cal, usualmente 8%
para solos argilosos. A partir desse ponto há um decréscimo da resistência devido às
0,00
25,00
50,00
75,00
100,00
125,00
150,00
175,00
200,00
225,00
250,00
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
Ten
são
Cis
alh
ante
(kP
a)
Deformação Axial (%)
Solo sem Cal CP1
Solo sem Cal CP2
7% CP1
7% CP2
99
misturas solo-cal apresentarem uma cimentação lenta a depender do tipo de solo, Figura
2.15. No entanto Bell (1996) obteve um rápido aumento inicial na RCS de um solo contendo
montmorilonita, 4% de cal foi o suficiente para atingir a resistência máxima, enquanto que
para um solo rico em caulinita, a resistência máxima foi atingida com teores entre 4 a 6%.
Os resultados obtidos estão dentro do apresentado por estes autores, que apresentaram que a
maior resistência, para solos contendo montmorilonita, se dão entre 4 à 8% de teor de cal, no
estudo realizado verifica-se que o teor de 7% de cal apresentou a maior resistência, um
aumento de 7 vezes em relação as amostras no estado natural.
100
5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES
Neste capítulo são apresentadas as principais conclusões e sugestões para
estudos futuros, que resultaram da aplicação do programa experimental ao solo
estudado.
Com base nos principais resultados encontrados nesta pesquisa conclui-se que:
o solo estudado, com 37% de argila, é classificado como CL – argila de baixa
compressibilidade (USCS) e A-6 (Solos Argilosos) pelo método da TBR;
apresenta um comportamento altamente plástico com Índice de Plasticidade de
19% e índice de atividade de Skempton (1953) igual a 0,75, o que classifica
como média atividade; a forma das curvas de compactação ,com pequenos
acréscimos de umidade a partir do solo seco, é do tipo-C (pico duplo), segundo a
classificação de Lee e Suedkamp (1972) e do tipo-I, segundo a classificação de
Maccarini e Santos (1991); é um solo eutrófico (fértil), apresentando pH >7
(fortemente alcalino); a resistência à compressão simples, em média, foi de 37 kPa;
a expansão livre foi de 7,45% para sobrecarga de 1 kPa sendo um solo de média
expansividade pelo critério de Vijayvergiya Ghazzaly (1973) e tensão de
expansão a volume constante de 87 kPa.
após a adição da cal ao solo estudado, as misturas estabilizadas apresentaram
uma redução à expansão à medida que uma maior quantidade de estabilizante foi
adicionada a amostra ensaiada. A adição de 3% de cal ao solo torna a mistura
menos expansiva, estabiliza-o quanto à expansão “livre”. O valor de 7% de cal
adicionado ao solo anulou a sua tesão de expansão.
a adição de cal hidratada ao solo elevou a proporção das frações areia e silte
tornando-o um solo de textura mais grossa e diminuiu o índice de plasticidade;
modificou as curvas de compactação de pico duplo para único pico, havendo
redução da umidade ótima e do peso específico aparente seco; a compressão
simples teve considerados aumentos em relação as amostras sem cal (aumento
101
de aproximadamente sete vezes); houve uma redução e estabilização da
capacidade de troca catiônica, para cura de 120 dias; aumentou a porcentagem
dos óxidos de magnésio e cálcio no solo, reduzindo outros presentes como
óxidos de silício, alumínio, ferro, sódio, potássio e no dióxido de titânio; o pH
da mistura aumentou tornando-o apto para a estabilização.
Com os resultados constatou-se que a aplicação da cal pode ser utilizada
satisfatoriamente na estabilização de solos potencialmente expansivos.
Com o intuito de complementar a pesquisa apresentada neste trabalho, sugere-se:
identificar quantitativamente os compostos formados nas reações pozolânica
através de difratometria de raios-X;
avaliar a resistência a compressão simples com o tempo mais prolongado de
cura para as misturas solo-cal;
avaliar a influência do tipo de cal no processo de estabilização da expansão e
aumento de resistência;
avaliar a influência da sucção na mistura;
avaliar a viabilidade econômica do uso da cal no melhoramento do solo e o
impacto que esta técnica pode trazer ao ambiente.
102
REFERÊNCIAS
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT):
______.NBR 6457 – Amostra de Solo – Preparação para ensaio de Compactação e ensaio de
Caracterização. Método de ensaio. ABNT, Rio de Janeiro, 1986.
______.NBR 6459: solo – determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 1984.
______.NBR 6473- (2003b). Cal virgem e cal hidratada – Análise química.
______.NBR 6502: Rochas e Solos, ABNT, Rio de Janeiro, 1995
______.NBR 6508: massa específica de grãos de solos que passam na peneira de 4,8mm. Rio
de Janeiro, 1984.
______.NBR 7175- (2003a) Cal hidratada para argamassas – Requisitos,
______.NBR 7180: solo – determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 1984.
______.NBR 7181: solo – análise granulométrica. Rio de Janeiro, 1984.
______.NBR 7182: Ensaio de Compactação. Rio de Janeiro, 1986.
______.NBR 9289 – (1998). Cal hidratada para argamassas – determinação da finura.
______.NBR 9290 – (1996). Cal hidratada para argamassas – determinação de retenção de
água.
______.NBR 12007 – (1990). Adensamento Unidimensional.
American Society for Testing and Materials (ASTM):
______.ASTM D4829 – (1995). Método de Teste Padrão para o Índice de Expansão de
Solos
______.ASTM D5102 – (1996). Método de Teste Padrão para resistência à compressão não
confinada compactados misturas de solo-cal.
Amorim, S. F. (2004).Contribuição à Cartografia Geotécnica: Sistema de Informações
Geográficas dos Solos Expansivos e Colapsíveis do Estado de Pernambuco(SIGSEC-PE).
Dissertação (mestrado) da Universidade Federal de Pernambuco, Recife. Pag.168.
Associação Brasileira dos Produtores de Cal (ABPC). São Paulo, (2008). < Disponível em:
http://www.abpc.org.br/> Acesso em: 14 de dez de 2012.
Ayala, J.F., Gijon, M.F., Mozo, C.O. e Rodriguez J.L.S. (1986). "Mapa Previsor de Riesgos
por Expansividad de Argillas En España a Escala 1:1.000.000". Série: Geologia
103
Ambiental. Instituto Geologico y Minero de España. Centro de Estudios y
Experimentacion de Obras Publicas. España, Madrid.
Baptista, C. F. N. (1976) Ensaios Fundamentais para a Pavimentação e Dimensionamentos
dos Pavimentos Flexíveis. Vol. 1, 2ª Edição, Editora Globo, Porto Alegre, RS.
Baptista, C. F. N. (1978). Pavimentação: Tomo I: ensaios fundamentais para pavimentação,
dimensionamento dos pavimentos flexíveis. 3 Ed. Porto Alegre: Globo, 253p.
Bell, F.G. (1988). Stabilization and treatment of Clay soil with lime Groind Engineering,
London, v.21, n.1. p.10-15.
Bell, F. G. (1996). Lime Stabilization of clay menerals and soil. Engineering Geology. N. 42,
p.223-237.
Boscov, M. E. G. (1990). Estudo comparativo do comportamento de um solo saprolítico e de
um solo laterítico estabilizado com cal. Dissertação Mestrado em Engenharia Civil da
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. 123p.
Brandl, H. (1981). Alteration of soil parameters by stabilization with lime. In International
Conference on Soil Mechanics on Foundation Engeneering, 10, Stockholm. Proceeding
Rotterdan: A. A. Balkema, v.1, p.587-595.
Brewer, R. (1976) Fabric and mineral analysis of soil. 2 ed. New York, Robert E. Krieger
Publ. Comp., 482 p.
Buol, S. W.; Hole, F. D.; Mccracken, F. D.; Southard, R. J. (1997). Soil Genesis and
Classification. 2.th.ed. Ames: Iowa State University, 527p.
Castro, E. (1969). O solo-cal na pavimentação de estradas aeródromos. Geotecnia, Lisboa,
v.10, p.57-63.
104
Castro, F. J. C. O. (1981). Um estudo físico químico matemático de estabilização alcalina de
solos argilosos. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil), COPPE/UFRJ. Rio de
Janeiro, 476p.
Castro, F. J. C. O. (1988). Mesa redonda sobre emprego de solo estabilizado para execução de
paredes. Programa Thaba, CEPED-FINEP, Relatório, p.1-2, Salvador.
Centro de Tecnologia Mineral-CETEM. (2012). < Disponível em: http://www.cetem.gov.br/ >
Acesso em 14 de dezembro de 2012.
Chauvel, A.(1981). Caracterização micromorfológica do latossolo roxo em relação com o seu
comportamento hídrico e mecânico – Parte II. São Paulo. p. 356-368.
Chen, F. H. (1965). “The Use of Piers to Prevent the Uplifting of the Lightly Loaded
Structures Foubded on Expansive Clays”. Proc 1 at
Int. Conf. Exp. Soils, Texas, pp. 152-
171.
Chen, F.H. (1975). Foundation on expansive soil. Amsterdam: Elsevier. 275p
Cincotto, M. A. (1980). Estudo da Composição Química da Cal Hidratada. Associação
Brasileira dos Produtores de Cal. Boletim 11. São Paulo, Brasil.
Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM). (2012) - Serviço Geológico do Brasil.
< Disponível:www.cprm.gov.br/> Acesso em 10 de dezembro de 2012.
Cristelo, N. M. C., 2001.Estabilização de solos residuais graníticos através da adição de cal.
Dissertação (Mestrado) da Universidade do Minho, Portugual.
Delgado, A. (1986). Influencia de la trayectoria de lãs tensiones en el comportamiento de las
Arcillas expansivas y de los suelos colapsables en el laboratório y en el terreno. Tesis
Doctoral, Universidad de Sevillia.
Diamond, S.; Kinter, E. B.(1965). Mechanisms os Soil Lime Stabilization: an interpretive
review. Highway Research Record, Washington, n. 92.
105
Eades, J. L. e Grim, R.E. (1960). Reaction of hydrated lime with Clay minerals in soil
stabilization. Highway Research Record, Washington, n. 262, p. 51-63.
Eades. J. L. e Grim, R. E. (1966). A quick test to determine lime requirements for lime
stabilization. Highway Research Record, Washington, D.C., n 139, p.61-72.
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Embrapa (1997). Manual de métodos de
análise de solo. 2. ed. Rio de Janeiro: Centro Nacional de Pesquisas de Solos. 212p.
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Embrapa (1999). Sistema Brasileiro de
Classificação de Solos. Centro Nacional de Pesquisa de Solos, Rio de Janeiro, 412p.
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – (2013). Levantamento de Baixa e Média
Intensidade de Solos de PE. < Disponível em:
http://www.cnps.embrapa.br/zapenet/Cartas/Salgueiro.PDF > Acesso em 24 de fevereiro
de 2013.
Evans, G. L.; Bell, D. H. (1981). Chemical stabilization of loess New Zealand. In:
International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 10. , Stockholm.
Proceedings…Rotterdam: A.A. Balkema, v.3, p. 649-658.
Ferreira, S. R. M. (1988). “Solos Especiais – Colapsíveis, Dispersivos e Expansivos”,
Relatório Anual do CNPq.
Ferreira, S. R. M. (1995). Colapso e expansão de solos naturais não saturados devido à
inundação. Tese (Doutorado) da Universidade Federal do Rio de Janeiro, 401 p.
Ferreira, S. R. M. e Ferreira, M. G. V. X. (2009). Mudanças de volume devido à variação do
teor de umidade em um Vertissolo no Semi-Árido de Pernambuco. Revista Brasileira de
Ciência do Solo (Impresso), v. 33, p. 779-791.
Ferreira, S. R. M. (2010). Volume change behaviour due to moisture variation in vertisoil
from a semiarid region in Pernambuco – Brazil.
106
Ferreira, S. R. M. et al (2011). Estudo da variação de volume de um solo expansivo de
Cabrobó – PE. VI Simpósio Brasileiro de Solos Não Saturados, Salvador.
Ferreira, S. R. M. et al (2012). Estabilização de Solos Expansivos de Cabrobó, Paulista e
Suape /PE com Cal. XVI Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia
Geotecnica. Anais, p.264. Porto de Galinhas/PE.
Ferreira, S. R. M. (2013). Comunicação pessoal. “Fotos solicitadas e Planilha”. Brasil.
Gillott, J. E. (1987). Clay in Engineering Geology. Elsevier Publ. Company, Amsterdam.
Goosen, F. A. Mattheus; AL-RAWAS, A. A, (2006). Expansive Soils: Recent Advances in
Characterization and Treatment, London: Taylor & Francis Group, 544 p.
Guimarães, J. E. P. (2002) A Cal – Fundamentos e Aplicações na Engenharia Civil. 2ª ed. São
Paulo: PINI
Herrin, M. I Mitchell, H. (1961). Lime-soil mixtures. Highway Research Board Bulletin,
Washington, n. 304, p. 99-121.
Hilt, G.H.; Davidson, D.T. (1960). Lime Fixation in Clayey Soils. Highway Research Board,
Washington, D.C., n.262, p.20-32.
Ingles, O. G. and Metcalf, J. B. ( 1972). Soil stabilization: principles and practice. Sidney:
Butterwoeths, 372p.
Instituto de Qualificação – IQ. (2010). Curso “Laboratorista de solos”. Notas de aula.
Instituto Nacional de Meteorologia – (Inmet) (2013). < Disponível em:
http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=clima/normaisClimatologicas > Acesso em:
12 de julho 2013.
107
Jacintho, E. C. (2005). Estudo do Comportamento de Misturas Solo-emulsão para Uso em
Barragens. Dissertação de Mestrado, Publicação G.DM-132/05, Departamento de
Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 160p.
Justo Alpañes, J. L.; Delgado, A. e Ruiz, J. (1984), “The influence of stress-path in the collapse –
swelling of soils at the laboratory”. Proceedings 5th
International Conference on Expansive
Soils, Adelaide, pp. 67-71.
Kézdi, A. (1979). Physical and chemical aspects of soil stabilization. In: Developments in
Geotechnical Enginnering. Stabilized earth roads. 19 Budapest: Elsevier. Cap. 2. P. 31-68.
Lambe, T. W.; Whitman, R. V. (1979). Soil mechanics. New York, USA: John Wiley, 582 p.
Lee, P. Y. e Suedkamp, R. J. (1972). "Characteristics of Irregulary Shaped Compaction Curves".
Highway Research, Record 381, pp.1-9.
Lima, D. C. (1981). Algumas considerações relativas a aspectos da estabilização dos solos,
em particular à estabilização solo-cal.. Dissertação (Mestrado em Geotecnia), Escola de
Engenharia de São Carlos, SP. 171 p.
Lima, D. C.; Bueno, B. S.;Silva, C. H. C. (1993). Estabilização dos solos III: Mistura solo-cal
para fins rodoviários. Caderbo Didático n. 334, Viçosa, MG: Universidade Federal de
Viçosa, 40 p.
Little, D. N. (1995). Stabilization of Pavement Subgrades and Base Courses with Lime,
Published by Kendall/Hunt Publishing Company.
Lovato, S. L., (2004). Estudo do comportamento mecânico de um solo laterítico estabilizado
com cal, aplicado a pavimentação. Dissertação (Mestrado) da Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, Porto Alegre. Pg. 133.
Maccarini, M., Santos, G. T. e Teixeira, V. H. (1991). Ponto Crítico de Sensibilidade à
Compactação de um Solo Residual Riodacítico Maduro Ocorrente em Santa Catarina. 23ª
Reunião Anual de Pavimentação, Outubro, Florianópolis, pp. 419-429.
108
Marques, G. L. O. (2012). Notas de aula. Universidade Federal de Juiz de Fora. < Disponível
em: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAKy0AH/cap3-solo-cal > Acesso em: 10 de
jun. 2011.
Mendonça, A. A.; Santos, M.F.; Lima, D. C..; Bueno, B. S.; Fontes, M.P.F. (1996).
Resistência Mecânica de Misturas Solo-Cal: Estudo de Caso com Dois Solos de Viçosa-
MG. In: 30ª RAPv. Salvador.
Meurer, E. J. (2006). Fundamentos de química dos solos, 3ª Ed. Porto Alegre, Evangraf, 285p.
Millet. J. et Alii (1979). Influência da temperatura de calcinação e da natureza do calcário
sobre a mineralogia das cales virgens (tradução Maria Alba Cincotto) – Associação
Brasileira dos Produtores de cal – N. T. 71– São Paulo – Brasil.
Ministério de Minas e Energia – MME (2009). < Disponível em:
http://www.mme.gov.br/sgm/menu/plano_de_mineracao_2030/relatorios/a_transformacao
_mineral_no_brasil.html > Acesso em 14 de dezembro de 2012.
MitchelL, J. K.; Hooper, D. R. (1961). Influene of time between mixing and compaction on
properties of a lime-stabilized expansive clays. Bulletin, Highway Research Board,
Washington, n. 304, p. 14-3.
Mitchell, J. K. (1993). Fundamentals of soil behavior. New York, NY, USA: John Wiley,
Second Edition, 437 p.
National Lime Association. (2004). Technical Memorandum Guidelines for Stabilization of
Soil Containing Sulfates. Austin White Lime, Chemical Lime. Texas Lime. < Disponível
em: www.lime.org/sulfate.pdf >. Acesso em 10 de fevereiro de 2013.
Neves, J. M. C., (1993). Estabilização de solos com cal – Estudo e aplicações rodoviárias.
Dissertação (Mestrado) da Universidade Nova Lisboa, Lisboa.
Nóbrega, M. T. (1981). Estabilização Solo-Cal. Associação Brasileira dos Produtores de Cal.
Boletim 13. São Paulo, Brasil.
109
Nóbrega, M. T. (1985). As reações dos argilos-minerais com a cal. V Reunião Aberta da
Industria da Cal. Anais, p.57-78, São Paulo.
Núñez, W. P. (1991). Estabilização Físico-Química de um Solo Residual de Arenito Botucatu,
Visando Seu Emprego na Pavimentação. Dissertação (Mestrado em Engenharia) –
CPGE/UFRGS, Porto Alegre. 150p.
Olphen, H. V. (1963). As introduction to Clay colloid chemistry. Willey Interscience, New
York, 301p.
Ormsby, W. C.; Kinter, E. B. (1973). Strength development and reaction products in lime-
montmorllonite-water systems. Publics Roads, Washington, v.37, n.4. p.136-148.
Osinubi, K. J. (1998). Influence of compactive efforts and compaction delays on lime-treated
soil. Journal of Transportation Engineering. March/April.
Pedologia fácil. < Disponível em:
http://prodvegetal.files.wordpress.com/2012/03/transpduplacamadadifusa-pg2.pdf >
Acesso em 24 de agosto de 2012.
Pereira, E. M., (2004). Estudo do comportamento à expansão de materiais sedimentares da
Formação Guabirotuba em ensaios com sucção controlada. Dissertação (Mestrado) da
Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, São Carlos. 227pp.
Perry, J., Macneil, D. J., Wilson, P. E. (1996). The uses of lime in ground engineering: a
review of work undertaken at the transport research laboratory. Proceedings of the seminar
“Lime Stabilisation”, 25 September, East Midlands Geotechnical Group of the Institution
of Civil Engineers. New York: Thomas Telford.
Pinto, C. S. (1985). Estabilização de pavimentos com cal. V Reunião Aberta da Indústria da
cal. Anais, p. 79- 112, São Paulo.
110
Prusinski, J.R.; Bhattacharja, S. (1999). Effectiveness of Portland Cement and Lime in
Stabilizing Clay Soil. Transportation Research Record, Washington D. C., nº 1652, p. 215-
228.
Queiroz de Carvalho, J. B. (1979). Soil properties affecting the lime stabilization of red tropical
soils from North East Brazil. 344p. These (Doctorate) – University of Leeds, Leeds, England.
Rao, R. R., Rahardjo, H. e Fredjund, D. G. (1988). Close from Heave Solutions for Expansive
Soils. Journ. Geotech. Eng. A.S.C.E. Vol. 114, nº 5, pp. 573-588.
Santos, P.S., (1989). Tecnologia de argilas. Vol 1 fundamentos. São Paulo. 340 p.
Schreine, H. D. (1987). “State of the art review on expansive soils”. Imperial College,
London.
Silva, M. F., (2010). Estudo comparativo de dois solos argilosos estabilizados com cal.
Dissertação (mestrado) da Universidade de Nova Lisboa, Lisboa.
Silva, M. J. R. ; Ferreira, S. R. M. (2007) . Estudo da variação volume de um solo expansivo
de Pesqueira/PE. In: VI Simpósio Brasileiro de Solos Não Saturados, Salvador: ABMS,
2007. v. 1. p. 159- 164.
Silva, O. S. (2012). Estudo de Propriedades Geotécnicas de um Solo Argiloso,
Potencialmente Expansivo, Compactado com e sem Adição de Cal. Dissertação (Mestrado)
da Universidade Federal de Pernambuco.
Silva Junior, M. A. M, (2010). Propriedades geotécnicas de expansão de um solo argiloso
compactado com e sem adição de cal. Dissertação (Mestrado) da Universidade Federal de
Pernambuco, Recife. 89 pp.
Sivapullaiah, P. V.; Prashanth, J. P.; Sridharan, A. (1998). Delay in Compaction and
Importance of the Lime Fixation Point on the Strength and Compaction Characteristics of
Soil. Ground Improvement, n.2, p.27-32.
111
Thomé, A. (1994). Estudo do comportamento de um solo tratado com cal, visando seu uso
em fundações superficiais. Porto Alegre. p.3-5 e p.8-15 Dissertação de Mestrado –
Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
Thompson, M. R. (1964). Lime Reactivity of Illinois Soils. Journal of the Soil Mechanics and
Foundations Division. ASCE, v.92, p.67-92.
Transportation Research Board - TRB (1987). Lime Stabilization reactions, properties, design
and construction, 58p (State of the report 5).
Van Impe, W. F. (1989). Soil improvement techniques and their evolution. Rotterdam: A. A.
Balkema.
Vijayvergiya, V. N. e Ghazzaly, O. I. (1973). Prediction of Swelling Potencial for Natural
Clays. Proceedings of the 3rd International Conference on Expansive Soils, Hayfa, Vol. 1,
pp. 227 - 236.
top related