O Uso Da Cal Para A Estabilização Dos Solos Utilizados Na Engenharia

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ARTIGO ORIGINAL

PEREIRA, Leandro de Assis [1]  CARVALHO, Diógenes Costa de [2] 

PEREIRA, Leandro de Assis. CARVALHO, Diógenes Costa de. O Uso Da Cal Para A Estabilização Dos Solos Utilizados Na Engenharia. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 06, Ed. 06, Vol. 15, pp. 144-165. Junho de 2021. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-civil/solos-utilizados

RESUMO

Em empreendimentos de engenharia rodoviária e de barragens torna-se cada vez mais desafiador a necessidade de obtenção de solo com características geotécnicas adequadas compatibilizadas aos custos de execução e restrições ambientais. Neste sentido, traz-se à baila a necessidade de estudos mais aprofundados de estabilização de solos com cal, de modo a trazer economicidade aos empreendimentos bem como a melhoria da qualidade de solos antes inservíveis para utilização. Entra assim, a importância da Cal como um material muito utilizado na estabilização química de solos onde garante certas mudanças de características geotécnicas, propiciando em locais onde há ausência de materiais favoráveis a possibilidade de utilização em procedimentos de engenharia como pavimentação rodoviária e construções de barragens. Dessa forma, o trabalho apresenta as propriedades da cal, assim como um breve histórico da sua utilização em importantes construções e, logo em seguida, são apresentados os resultados de três trabalhos que através de ensaios comprovam mudanças em diversas propriedades dos solos com a presença da cal objetivando a melhor orientação para a estabilização do solo. Portanto, percebe-se a nítida influência da parte argilosa do solo e como deve ser bem trabalhado as melhores porcentagens de cal para que haja a melhor combinação e principalmente um solo com boa resistência e pouca permeabilidade. Por fim, espera-se que no âmbito da engenharia sejam estudados maiores leques e possibilidades de estabilização de solos de forma a melhorar as características geotécnicas de tais materiais às necessidades dos projetos.

Palavras-chave: Cal, Estabilização, Solo, Engenharia.

1. INTRODUÇÃO

A adição de cal é uma das mais antigas técnicas utilizadas pelo homem para obter a estabilização ou a melhoria de solos instáveis. Há exemplos dessa utilização na via Ápia (sul da Itália) construída em 312 a.C. e num dos trechos da Muralha da China datado de 2280 a.C. (GUIMARÃES, 2002).

Apesar do relativo sucesso obtido nos trabalhos pioneiros de estabilização solo-cal, seu uso foi pequeno até a Segunda Guerra Mundial. Grande parte do avanço tecnológico deve-se ao Texas Highway Department, que, a partir de 1945, desenvolveu inúmeros trabalhos de laboratório e de campo na área (LIMA et al., 1993).

No Brasil, Guimarães (1971) apud Lovato (2004), relata alguns sucessos de estabilização de solo com cal utilizada em pavimentos entre eles:

a) Aeroporto Congonhas (São Paulo) – na área dos hangares da Varig (10000 m2) foi construído uma base de solo-cal-agregado com 6% de cal hidratada para estabilização de um solo classificado como A-7-5 e índice de plasticidade igual a 12. O material apresentou resistência à compressão simples de 1,5 MPa aos 28 dias;

b) Rodovia Curitiba/Porto Alegre – próximo ao km 10, no estado do Paraná, com mil metros de extensão ao qual foi estabilizado um solo siltoso com teores de cal de 3% e 7%;

c) Rodovia Brasília/Fortaleza – nas proximidades de Sobradinho/DF foram executados dois trechos de 150 m com utilização de cal na execução de base com teor de 1 e 3%;

d) Rodovia Cruz-Alta/ Carazinho (BR-377/RS) – 2 trechos experimentais em solo argiloso-arenoso com teor de 4% de cal calcítica;

e) Avenida Sernambetiba (Rio de Janeiro) – Execução de trecho de 18 km com base de solo-cal. Utilizando solo com 25% a 33% retido na peneira nº 200 com teores de 3% e 4% de cal.

Diante disso, surge a possibilidade de contribuição científica a partir da apresentação dos estudos a seguir que objetiva demonstrar que a estabilização dos solos com cal é uma alternativa viável seja em aspectos econômicos, seja em melhoramento das características geotécnicas das jazidas de solos a ser utilizada em empreendimentos rodoviárias e construção de barragens.

2. PROPRIEDADES DA CAL

Segundo Guimarães (2002), o principal produto derivado da decomposição térmica dos calcários/dolomitos/conchas calcárias, são respectivamente, os óxidos de cálcio (CaO), e cálcio-magnésio (CaO-MgO), denominados genericamente de cal virgem ou cal viva.

Para Guimarães (2002), cal hidratada resulta no prosseguimento do processo industrial, que dá origem à cal virgem, e sua composição varia de acordo com as características da cal virgem que lhe deu origem. Assim recebe o nome de cal cálcica, o produto com alto teor de óxido de cálcio, cal dolomítica, quando possui em sua composição consideráveis valores de magnésio. No Brasil a maior produção da cal ocorre para cal hidratada. Os valores médios da composição química das cales produzidas no Brasil estão listados na Tabela 1.

Tabela 1 – Composição da Cal.

Tipo de cal CaO

(%)

MgO

(%)

Insolúvel no HCl

(%)

Fe2O3 + Al2O3

(%)

P.F

(%)

CO2

(%)

SO3

(%)

CaO + MgO

Base não volátil

MgO

Não Hidratado

(%)

Cal Virgem Cálcica 90-98 0,1-0,8 0,5-3,5 0,2-1,0 0,5-5,0 0,2-3,8 0,1-0,6 96-98,5
Cal Hidratada Cálcica 70-74 0,1-1,4 0,5-2,5 0,2-0,8 23-27 1,5-3,5 0,1-0,0 0,5-1,8
Cal Hidratada Magnesiana 39-61 15-30 0,5-18,2 0,2-1,5 19-27 3,0-6,0 0,02-0,2 76-99 5-25
Cal Virgem Magnesiana 51-60 30-37 0,5-4,5 0,2-1,0 0,5-4,8 0,5-4,5 0,05-0,1

Fonte: Modificado – Guimarães (2002).

De acordo com Lima et al. (1993), as cales mais empregadas em pavimentação são a cal virgem e a cal hidratada, sendo que no Brasil predomina o uso da cal hidratada. Castro (1970) apud Lima et al. (1993), citam que resultados obtidos no Laboratório Nacional de Engenharia Civil de Lisboa (LENC) indicam que a cal cálcica possui maior capacidade estabilizante.

3. REAÇÕES DOS SOLOS COM A ADIÇÃO DA CAL

Guimarães (2002), aponta que a adição de cal no solo se baseia na inter-relação de elementos presentes no solo (argila e quartzo), na presença de matéria orgânica, dos componentes do meio ambiente, como temperatura, água, ar (anidrido carbônico), no tipo e teor de cal a ser utilizado. Sendo que esta interdependência se traduz em reações químicas, físicas e físico-químicas. Devido à estabilização solo cal ser de caráter químico e ter grande influência na fração argila do solo, torna-se de suma importância o conhecimento da fração argila do solo.

Segundo Inglês e Metcalf (1973) apud Portelinha (2008), pequenos incrementos de cal ao solo de até aproximadamente 2%, são suficientes para promover a completa substituição dos cátions nas superfícies de argila, mas ainda insuficiente para desencadear as reações pozolânicas de cimentação entre as partículas que são responsáveis pelo contínuo aumento de resistência mecânica de solos tratados com cal.

Para Nóbrega (1985) apud Ferreira (2006), a estabilização solo cal está sujeita a dois tipos de ações, sendo uma imediata, decorrente da troca catiônica, floculação das argilas e carbonatação, ocasionando a redução de plasticidade e expansão do material. E outra reação de longo prazo, que está fundamentada no caráter pozolânico dos materiais estabilizados, tendo como consequência o aumento da capacidade de suporte do material.

O mecanismo da reação solo cal verifica-se pela floculação das partículas de argila que é característica das reações catiônicas nas misturas solo cal. Apesar dessa floculação deslocar a curva granulométrica do solo para o lado grosseiro na mistura solo cal, o enrijecimento provocado pelos efeitos da cal no solo pode vir a impedir a passagem de água tanto por capilaridade como por gravidade.

3.1 PROPRIEDADES ALTERADAS NA ESTABILIZAÇÃO SOLO CAL

Para Guimarães (2002), os solos finos têm bom comportamento quando estabilizados com cal, ocorrendo trocas catiônicas e floculação que afetam beneficamente importantes características físicas, como ganho de resistência, melhora da trabalhabilidade com a facilidade de mistura e compactação, alteração da granulometria, plasticidade e expansividade.

Guimarães (1971) citado por Lovato (2004), acrescenta que a eficiência da cal como estabilizador de solo depende da intensidade das reações relacionadas com a mineralogia do solo, do método de construção e da qualidade da cal utilizada, logo em solos tratados com cal as reações que ocorrem na mistura nem sempre apresentam resultados satisfatórios, devido estas serem influenciadas por vários fatores.

Para avaliar as propriedades alteradas de solos tratados com cal serão utilizados três trabalhos: Salomão (2005), Ferreira (2006) e Silva (2006).

Tabela 2 – Descrição dos Solos Estudados.

Local Nomenclatura adotada Tipo de Solo Salomão (2005) Silva (2006) Ferreira (2006)
Ceasa Goiânia Solo Goiânia Argila arenosa X X X
APM Manso Solo APM Manso Pedregulho com argila X X
UHE Corumbá Solo Corumbá Areia siltosa X
AHE Peixe – subárea 1 Areia AHE Peixe Areia argilosa X

Fonte: Elaborado pelos autores.

3.2 GRANULOMETRIA

Segundo Guimarães (2002), a principal consequência da adição de cal ao solo é a aglomeração e floculação por troca iônica, processadas nas finíssimas partículas de argila, reativas produzindo um solo mais grosseiro, mais permeável e mais friável.

A influência da cal na granulometria é tanto maior quanto mais fino e argiloso é o solo inicialmente, pois mais destacada é a alteração de textura com agregação e floculação das partículas.

Castro (1969) apud Thomé (1994), demonstrou que, um solo tratado com 5% de cal, pode apresentar variações expressivas na sua granulometria devido à adição de cal, em seus estudos a quantidade passante na peneira 200 reduziu de 99% para 14%. Os aglomerados formados pela adição de cal nas argilas podem se desfazer quando embebidos em água, porém alguns deles podem se tornar hidrofóbicos e manter agregação após longos períodos de exposição à água.

Nos estudos de Silva (2006), na análise da argila arenosa (solo Goiânia) com mistura solo cal a 3% e 6%, foi verificado que a quantidade de material fino na mistura solo cal é menor que a quantidade de material fino do solo natural. No solo estabilizado com cal a 6%, a porcentagem passante na peneira 200 teve um decréscimo de 9,9%.

Salomão (2005), na análise do solo residual jovem com predominância de pedregulho, e parcela fina com predominância de características siltosa, denominado de solo APM Manso e do solo Goiânia também verificou aglomeração das partículas. No solo APM Manso a fração argilosa apresentou floculação devido à presença de cal, já o solo Goiânia apresentou menor aglomeração das partículas. Os resultados dos ensaios de granulometria realizados pelo autor estão descritos na Tabela 3.

Tabela 3 – Resultados dos Ensaios de Granulometria com e sem Adição de Cal.

Amostra Solo Goiânia Solo APM Manso
Porcentagem de Cal (%) 0 3 6 9 0 3 6 9
Pedregulho (%) 0,9 0,7 1,0 0,1 41,0 43,9 43,6 40,0
Areia (%) 45,4 48,3 54,0 46,6 26,0 21,1 24,4 28,0
Silte (%) 16,6 24,4 26,1 28,5 23,0 26,1 31,2 31,9
Argila (%) 37,1 26,6 18,9 24,8 10,0 8,9 0,8 0,1
% Passando # 200 62,6 57,1 52,7 57,8 39,0 35,9 34,0 33,6

Fonte: Salomão (2005).

3.3 LIMITES DE ATTERBERG

Os limites de Atterberg são métodos de avaliação da natureza dos solos através de uma série de ensaios, definindo o limite de liquidez, o limite de plasticidade e o limite de contração de um solo.

O solo apresenta comportamentos distintos com a presença de água. Para Pinto (2002), os índices de consistência são interferidos pela superfície específica do solo, e pela variação da estrutura mineralógica das partículas de minerais argila. Em solos estabilizados com cal a alteração mais visível nos limites de Atterberg está no limite de plasticidade.

Para os autores Arman e Munfkh (1972), apud Thomé (1994), a quantidade que satisfaz as reações químicas do solo com cal é de 4%, o excesso de cal atua como lubrificante aumentando a plasticidade do solo. Nos resultados obtidos em seus estudos de um solo orgânico, mostraram que o índice de plasticidade decresce até uma porcentagem crítica de 4% de cal, e a partir deste valor há aumento do índice de plasticidade (IP).

Segundo Attoh-Okine (1995), apud Portelinha (2008), o limite de liquidez e o limite de plasticidade decrescem com a adição de cal, segundo o autor a redução no limite de liquidez poderia ser resultado das reações de trocas iônicas que ocasionam a floculação das partículas, redução da fração argila, e aumento da superfície específica.

Hilt e Davidson (1969) apud Behak (2007), introduziram o conceito de time fixation point (LFP), teor de cal até o qual a sua adição contribui para melhoria na trabalhabilidade do solo sem produzir aumento de resistência. Esse teor seria ótimo para modificar a plasticidade. Para teores de cal maiores que o LFP, o solo ganha resistência, mas não tem mais afetado o IP e a trabalhabilidade.

A teoria de Attoh-Okine (1995), é contrariada em solos com predominância de silte na fração fina. No solo residual jovem APM Manso, estudado por Salomão (2005) com adição de 3%, 6% e 9% de cal, não houve variação significativa do IP, houve considerável aumento do limite de liquidez e plasticidade do solo, sendo que para os valores de 3% e 6% os valores se estabilizaram, segundo o autor, o ganho obtido pela adição de cal neste tipo de solo foi a trabalhabilidade. A Tabela 4 apresenta os valores dos limites de Atterberg obtidos nos estudos do autor.

Tabela 4 – Resultado dos Ensaios com e sem Adição de Cal.

Amostra Solo Goiânia Solo APM Manso
Porcentagem de Cal (%) 0 3 6 9 0 3 6 9
Limite de Liquidez (%) 48 38 39 45 31 37 36 40
Limite de Plasticidade (%) 27 24 25 25 19 22 22 26
Índice de Plasticidade (%) 21 14 14 20 12 15 14 14

Fonte: Salomão (2005).

Para Guimarães (2002), a adição de cal a solos argilosos faz decrescer rapidamente o índice de plasticidade do solo, reduzindo seus defeitos para uso em engenharia. Analisando a Tabela 4 verifica que o comportamento do solo Goiânia ocorreu conforme definido por Guimarães (2002), podendo se constatar considerável decréscimo do IP, e limite de liquidez que chegou a apresentar 21% de variação, já para o solo APM Manso não é constatado significativas variações do IP, logo os limites de Atterberg irão variar devido a cal de acordo com o tipo de solo.

3.4 EXPANSÃO

“A expansão e a contração de um solo são normalmente reduzidas quando o mesmo é tratado com cal. 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” (TRB, 1976) citado por Portelinha (2008).

Segundo Guimarães (2002), as argilas são muito susceptíveis a variações climáticas, transmitindo ao solo instabilidade devido às variações volumétricas, uma significativa e importante consequência da adição de cal ao solo é a redução de expansão.

De acordo com Mielenz e King (1955) apud Guimarães (2002), a expansão dos solos é influenciada por vários fatores, sendo de maior relevância a porcentagem de argila, reações iônicas, dispersão granulométrica dos grãos de solo, distribuição e tamanho dos poros, estrutura interna do solo, quantidade de água circulante e carga estática sobre o solo. Os autores em relação à contração afirmam que esta ocorre devido à secagem do solo, com isso as partículas argilosas tendem a se quebrar tão cerradamente que as somatórias das forças de atração tornam-se tão significativas que a água passa a ter dificuldade de penetrar entre elas.

Brandl (1981) apud Thomé (1994), na tentativa de reproduzir o comportamento de solos após estiagem e chuvas, determinou a variação volumétrica de mistura solo cal através da exposição de corpos-de-prova intercaladamente ao ar e à água. Os resultados foram que os solos tratados com cal absorvem menos água e apresentam secagem mais lenta. Segundo o autor a porcentagem de cal que apresenta melhores resultados é de 1% a 3%.

Silva (2006), no ensaio de expansão do solo Goiânia obteve valores imperceptíveis de variação volumétrica em amostras compactadas com energia normal na umidade ótima devido a presença de cal no solo, isso é justificado pelo fato do solo Goiânia não apresentar características expansivas. Os resultados destes ensaios estão apresentados na Tabela 5.

Tabela 5 –  Resultado Expansão Solo Goiânia.

Amostra Expansão (%)
Sem cura ao ar Com cura ao ar
Solo Natural 0,00 -0,25
Solo cal – 3% 0,03 0,10
Solo cal – 6% 0,01 -0,01

Fonte: Modificado – Silva (2006).

Ferreira (2006), verificou redução de expansão nos solos Corumbá e APM Manso independente da energia de compactação adotada. A autora usou metodologia MCT para ensaios de compactação (mini-Proctor), para o solo Goiânia, os resultados obtidos pela autora confirmam os de Silva (2006). Os resultados de amostras compactadas na umidade ótima estão apresentados na Tabela 6.

Tabela 6 –  Resultado Expansão

Amostra Solo Corumbá Solo APM Manso Solo Goiânia
Expansão (%) Expansão (%) Expansão (%)
Energia Normal Energia Intermediária Energia Normal Energia Intermediária Energia Normal Energia Intermediária
Solo Natural 1,02 1,25 0,64 1,58 0,01 0,04
Solo cal – 3% 0,27 0,52 0,10 0,10 0,04 0,04
Solo cal – 6% 0,32 0,40 0,10 0,06 0,00 0,00

Fonte: Modificado – Ferreira (2006).

Salomão (2005), utilizando metodologia tradicional de ensaio de compactação para os Solos APM Manso e Goiânia obteve valores divergentes dos obtidos por Ferreira (2006), isso pode ser justificado pela metodologia de ensaio, na metodologia MCT, no ensaio de mini CBR a sobrecarga para ensaio de expansão é de 490 g e na metodologia tradicional de ensaio a sobrecarga consiste em dois discos que têm peso total 2,27 kg. Os dados apresentados não têm variação significativa, Os resultados obtidos pelo autor estão apresentados na Tabela 7.

Tabela 7 –  Resultado de Expansão.

Amostra Solo APM Manso Solo Goiânia
Expansão (%) Expansão (%)
Proctor Normal Proctor Intermediário Proctor Normal Proctor Intermediário
Solo Natural 0,12 0,15 0,0 0,00
Solo cal – 3% 0,04 0,07 0,03 0,00
Solo cal – 6% 0,04 0,11 0,01 -0,01
Solo cal – 9% 0,09 0,05 0,01 0,02

Fonte: Modificado – Salomão (2005).

Analisando-se os resultados de Salomão (2005), Ferreira (2006) e Silva (2006), é verificado que a expansão da mistura solo cal está relacionado às características das amostras naturais, e para solos com características expansivas a cal reduz o valor da expansão, já em solos não expansivos a cal não influirá na expansão do solo.

3.5 CARACTERÍSTICAS DE COMPACTAÇÃO

Os efeitos da compactação na mistura solo cal são em geral redução da massa específica aparente seca e aumento do teor de umidade ótima. As variações nas características de compactação são descritas por Sivapullaiah et al. (1998) citado por Lovato (2004), segundo o autor, devido à floculação das partículas provocadas pela cal, a quantidade de vazios e o tamanho dos vazios aumentam, sendo que a estrutura floculada resiste aos efeitos de compactação, ocasionando redução da massa específica do solo. Como consequência do aumento do número de vazios, há aumento da umidade ótima, devido à necessidade de maior quantidade de água para preenchimento dos vazios da mistura.

De acordo com Lima et al. (1993), para uma mesma energia de compactação a influência do tipo de cal será somente variação da umidade ótima. Segundo o autor, solos estabilizados com cal viva apresentam ligeiro aumento de umidade ótima se comparados a solos tratados com cal hidratada.

Salomão (2005), utilizando metodologia tradicional de ensaio de compactação verificou para o solo APM Manso um decréscimo do peso específico seco máximo e aumento do teor de umidade ótima com acréscimo do teor de cal, o autor verificou que as variações do peso específico máximo foram mais acentuadas para energia normal se comparadas à energia intermediária. Para o solo Goiânia a influência da cal foi expressiva nas variações de peso específico seco máximo e umidade ótima independente da energia de compactação adotada. Os resultados dos ensaios de compactação realizados pelo autor com energia normal e intermediária do solo APM Manso e Goiânia estão descritos nas Tabelas 8 e 9.

Tabela 8 – Resultado dos Ensaios de Compactação, Energia Normal.

Amostra Cal

(%)

Wot

(%)

d max

(kN/m3)

Solo APM Manso 0 14,3 18,4
3 15,2 17,9
6 16,6 17,7
9 16,5 17,3
Solo Goiânia 0 21,0 16,7
3 22,7 15,5
6 23,1 15,0
9 26,4 14,8

Fonte: Modificado – Salomão (2005).

Tabela 9 –  Resultado dos Ensaios de Compactação; Energia Intermediária.

Amostra Cal

(%)

Wot

(%)

d max

(kN/m3)

Solo APM Manso 0 13,3 18,8
3 13,2 18,7
6 13,0 18,6
9 15,6 17,8
Solo Goiânia 0 18,6 17,5
3 20,8 16,8
6 21,7 16,2
9 23,8 15,7

Fonte: Modificado – Salomão (2005).

Ferreira (2006), no estudo do solo Corumbá, verificou também redução da massa específica aparente seca e aumento do teor de umidade ótima, porém menos expressiva se comparada ao solo argiloso, ocorreu para a mistura solo cal uma melhora na forma da curva, permitindo obter valores com maior facilidade. Para o Solo APM Manso houve deslocamentos das curvas de compactação para baixo devido redução da massa específica seca e para direita justificado pelo aumento do teor de umidade ótimo, a variação para amostras de solo cal com teores de 3% e 6% foram poucos expressivas. Para o solo Goiânia a autora verificou na curva de compactação um pico acentuado da amostra natural, característicos de solos argilosos lateríticos, com a adição de cal se reduziu este pico e a curva de compactação se deslocou para baixo e para direita. A Tabela 10 apresenta os resultados obtidos nos ensaios de compactação.

Tabela 10 – Resultados de Ensaio mini-Proctor com Energia Normal.

Amostra Cal

(%)

Wot

(%)

d max

(kN/m3)

Solo APM Manso 0 16,1 17,87
3 17,5 16,81
6 18,3 16,83
Solo Corumbá 0 19,6 15,53
3 22,0 15,39
6 22,2 15,38
Solo Goiânia 0 22,4 16,49
3 24,5 15,75
6 30,1 14,65

Fonte: Modificado – Ferreira (2006).

Devido às características dos solos lateríticos poderem ser afetadas pela metodologia de ensaio e muitas vezes levarem a resultados questionáveis Ferreira (2006), comparou os valores de seus resultados (metodologia MCT) com os de Salomão (2005) (metodologia tradicional). Comparando se os valores descritos nas Tabelas 8 e 10 verificam-se pouca oscilação de valores quanto à metodologia de ensaio adotada.

A Figura 1 apresenta a variação das curvas de compactação do solo Goiânia compactado com energia normal estudado por Ferreira (2006) para o solo natural e misturas solo cal a 3% e 6%.

Figura 1 – Curva de Compactação, Mini Proctor Normal.

Fonte: Ferreira (2006).

Quanto às características de compactação alteradas em solos misturados com cal, verifica-se ocorrência de redução do peso específico seco e aumento do teor ótimo de umidade. Tais alterações ocorrerão em maior ou menor escala de acordo com o tipo de solo.

3.6 RESISTÊNCIA MECÂNICA

A resistência mecânica dos solos é geralmente avaliada por ensaios de compressão simples, compressão triaxial, compressão diametral e Índice de Suporte Califórnia. A resistência de solos estabilizados com cal depende de vários fatores como tipo de solo e cal, teor de cal, tempo e temperatura de cura (TRB, 1987 apud BEHAK, 2007).

Mateus (1964) citado por Thomé (1994), afirma que a resistência à compressão simples (RCS) das misturas solo cal é fortemente influenciada pela temperatura de cura, segundo o autor quanto maior a temperatura de cura maior a resistência. Anday (1963) também citado por Thomé (1994), estabeleceu uma correlação entre a temperatura de cura e RCS para amostras curadas em campo e em laboratório, o autor em seus estudos chegou à conclusão de que amostras curadas em campo ao ar devem ter processo de cura de 40 dias para chegarem a resistência de amostras curadas em laboratório por dois dias a temperatura de 49 ºC.

Para Bell (1996) citado por Lovato (2004), o tipo de argilomineral presente no solo tem importante influência em seu comportamento mecânico, no estudo de solos contendo montmorilonita obtiveram a máxima RCS com teores de cal de 4% e para solos ricos em caulinita a resistência máxima ficou entre 4% e 6%. O autor verificou que a resistência não aumenta linearmente com o teor de cal, e que o excesso de cal diminui a resistência dos solos misturados com cal.

Silva (2006), no estudo do solo Goiânia verificou aumento de resistência à compressão simples, quando ocorre aumento da energia de compactação e quando os corpos de prova são submetidos à cura ao ar. Em seus estudos de amostras compactadas com energia normal verificou-se a maior resistência à compressão simples na mistura solo cal a 6% que tiveram cura ao ar de 28 dias. Segundo a autora este aumento é justificado pela ação aglomerante da cal que ao solidificar as partículas do solo geram ganho de resistência. Os resultados dos ensaios de compressão simples realizados para energia normal estão apresentados na Tabela 11.

Tabela 11 – Resultado de Ensaio Compressão Simples com Energia Normal do Solo Goiânia.

Amostra Sem cura ao ar Com cura ao ar
Deformação

Máx (%)

Tensão Ruptura (kPa) moldagem

(kN/m3)

ruptura

(kN/m3)

Deformação

Máx (%)

Tensão Ruptura (kPa) moldagem

(kN/m3)

ruptura

(kN/m3)

Solo Natural 1,30 2585 16,36 16,79 0,65 2525 16,42 16,39
Solo-cal 3% 0,86 2307 16,17 15,33 0,55 2177 15,24 15,37
Solo-cal 6% 1,25 3341 14,66 14,84 0,65 3250 14,68 14,77

Fonte: Modificado – Silva (2006).

Nos ensaios de compressão simples em amostras compactadas com energia intermediária, Silva (2006), também verificou maior resistência à compressão simples de amostras com 6% de cal que receberam cura ao ar por 28 dias. A autora justifica a maior rigidez das amostras curadas ao ar devido aos efeitos de carbonatação provocados pela cal e ao ressecamento das amostras. Os resultados destes ensaios estão descritos na Tabela 12.

Tabela 12 – Resultado de Ensaio Compressão Simples com Energia Intermediária do Solo Goiânia.

Amostra Sem cura ao ar Com cura ao ar
Deformação

Máx (%)

Tensão Ruptura (kPa) moldagem

(kN/m3)

ruptura

(kN/m3)

Deformação

Máx (%)

Tensão Ruptura (kPa) moldagem

(kN/m3)

ruptura

(kN/m3)

Solo Natural 1,45 3943 17,14 17,22 0,61 3140 17,17 16,40
Solo-cal 3% 1,45 3808 16,42 16,52 0,53 3150 16,45 16,00
Solo-cal 6% 1,17 5191 15,84 15,50 0,70 5013 15,83 15,21

Fonte: Modificado – Silva (2006).

Silva (2006), na análise do Solo Goiânia obteve considerável aumento de ISC tanto para amostras com cura ao ar quanto sem cura, e para energia de compactação normal e intermediária. Os resultados do ensaio de ISC realizados pela autora com energia Proctor normal estão apresentados na Tabela 13.

Tabela 13 – CBR Compactado com Energia Normal para o Solo Goiânia.

Amostra d max

(kN/m3)

Wot

(%)

Sem cura ao ar Com cura ao ar
ISC (%) Expansão (%) ISC (%) Expansão (%)
Solo Natural 16,38 21,0 7,0 0,00 22,2 -0,25
Solo-cal 3% 15,24 22,7 15,9 0,03 38,6 0,10
Solo-cal 6% 14,68 23,1 15,2 0,01 51,6 -0,01

Fonte: Silva (2006).

Silva (2006), verificou no solo Goiânia nas amostras compactadas com energia intermediária o ganho de ISC foi considerável na amostra de solo- cal a 6%. O solo passou de um ISC de 26% para amostra com cura ao ar, e energia intermediária para 98,2%. Segundo a autora este aumento ocorreu devido ao tempo de cura de 28 dias do solo e devido aos efeitos de carbonatação. A autora ressalta que, ensaios de ISC em amostras sem cura ao ar não são capazes de prever as reais potencialidades das reações do solo com cal na resistência mecânica. Os resultados dos ensaios de ISC com energia intermediária estão apresentados na Tabela 14.

Tabela 14 – ISC Compactado com Energia Intermediária do Solo Goiânia.

Amostra d max

(kN/m3)

Wot

(%)

Sem cura ao ar Com cura ao ar
ISC (%) Expansão (%) ISC (%) Expansão (%)
Solo Natural 17,16 18,6 16,0 0,00 26,0 0,27
Solo-cal 3% 16,48 20,8 31,0 0,00 60,9 0,11
Solo-cal 6% 15,85 21,7 37,0 -0,01 98,2 0,05

Fonte: Silva (2006).

No solo APM Manso estudado por Salomão (2005), também se obteve crescimento do ISC para amostras tratadas com cal, independente da energia de compactação adotada. Em seus estudos para solos tratados com cal a 9% com energia intermediária houve um decrescimento do ISC quando comparado a amostras tratadas com cal a 6%. A Tabela 15 descreve os resultados de Salomão (2005).

Tabela 15 – Resultado dos Ensaios de ISC do Solo APM Manso.

Amostra d max

(kN/m3)

Wot

(%)

ISC (%) Expansão (%)
Energia Normal Solo Natural 18,40 14,3 10,2 0,12
Solo cal 3% 17,90 15,2 30,5 0,04
Solo cal 6% 17,70 16,6 23,0 0,09
Solo cal 9% 17,30 16,5 31,0 0,04
Energia Intermediária Solo Natural 18,80 13,3 16,0 0,15
Solo cal 3% 18,70 13,2 64,0 0,07
Solo cal 6% 18,60 13,0 74,0 0,11
Solo cal 9% 17,80 15,6 42,0 0,05

Fonte: Modificado – Salomão (2005).

Utilizando-se metodologia MCT Ferreira (2006), nos ensaios de mini-CBR do solo APM Manso não verificou discrepância de valores de mini-CBR quando comparando seus resultados com os de Salomão (2005), exceto para a amostra de solo natural, que apresentou valor maior para a metodologia MCT. Os resultados de seus ensaios para o solo APM Manso estão na Tabela 16.

Tabela 16 – Resultado dos Ensaios de Mini-CBR do Solo APM Manso.

Amostra d max

(kN/m3)

Wot

(%)

Exp. (%) Mini-CBR

Com imersão (%)

Mini-CBR

Sem imersão (%)

RIS

(%)

Energia Normal Solo Natural 18,6 16,1 0,64 15,7 23,4 67
Solo Cal 3% 17,7 17,5 0,10 27,0 15,2 178
Solo Cal 6% 17,5 18,3 0,10 22,8 19,0 120
Energia intermediária Solo Natural 19,8 13,3 1,58 20,3 40,6 50
Solo Cal 3% 18,8 15,4 0,10 57,8 66,0 88
Solo Cal 6% 18,5 16,1 0,06 68,3  62,2 110

Fonte: Modificado – Ferreira (2006).

O solo Corumbá não diferente dos outros solos apresentados também apresentou elevação dos valores de mini-CBR. Os resultados destes ensaios realizados por Ferreira (2006), estão descritos na Tabela 17.

Tabela 17 – Resultado dos Ensaios de Mini-CBR do Solo Corumbá.

Amostra d max

(kN/m3)

Wot

(%)

Exp. (%) Mini-CBR

Com imersão (%)

Mini-CBR

Sem imersão (%)

RIS

(%)

Energia Normal Solo Natural 15,53 19,6 1,02 7,0 11,3 62
Solo-cal 3% 15,39 22,0 0,27 12,7 15,2 83
Solo-cal 6% 15,38 22,2 0,32 12,1 16,5 73
Energia intermediária Solo Natural 17,09 16,5 1,25 14,4 25,0 57
Solo-cal 3% 16,63 18,0 0,52 25,4 36,8 69
Solo-cal 6% 16,87 1720 0,40 30,5  39,1 78

Fonte: Modificado – Ferreira (2006).

No solo Goiânia estudado por Ferreira (2006), a autora verificou aumento dos valores de mini-CBR com e sem imersão e crescente aumento da Relação Índice de Suporte (RIS) para amostras compactadas com energia normal. Com energia normal e intermediária foi verificado nítida diferença dos valores de ISC entre a metodologia tradicional e metodologia MCT se compararmos os dados de Silva (2006) das Tabelas 12 e 13. A Tabela 18 apresenta os resultados dos ensaios de mini-CBR.

Tabela 18 – Resultado dos Ensaios de Mini-CBR do Solo Goiânia.

Amostra d max

(kN/m3)

Wot

(%)

Exp. (%) Mini-CBR

Com imersão (%)

Mini-CBR

Sem imersão (%)

RIS

(%)

Energia Normal Solo Natural 17,1 22,4 0,01 12,7 12,2 104
Solo-cal 3% 16,4 24,5 0,04 24,4 20,3 120
Solo Cal 6% 15,2 30,1 0,00 21,6 16,6 130
Energia intermediária Solo Natural 18,5 19,9 0,04 36,6 30,5 120
Solo Cal 3% 18,0 19,6 0,04 62,2 73,7 84
Solo Cal 6% 16,9 22,0 0,00 76,2  78,2 97

Fonte: Modificado – Ferreira (2006).

Em todos os trabalhos consultados houve melhoria da resistência de solos tratados com cal. A estabilização de solo cal é influenciada por vários fatores, portanto não é possível definir um teor ótimo de cal para obter resistências máximas.

3.7 TEOR DE ACIDEZ

O termo pH (Potencial hidrogeniônico) define a acidez ou alcalinidade relativa de uma solução. A escala de pH tem uma amplitude de 0 a 14. O valor 7,0 é definido como neutro, valores abaixo de 7,0 são ácidos e os acima de 7,0 são alcalinos. Para Guimarães (2002), o solo pode ser dividido segundo o pH de acordo com a Tabela 19.

Tabela 19 – Variação de pH.

Característica Variação de pH
Fortemente alcalino > 8,0
Alcalino [7,4; 8,0]
Neutro [6,6; 7,3]
Levemente ácido [6,0; 6,5]
Moderadamente ácido [5,5; 5,9]
Ácido [5,4; 4,5]
Fortemente ácido [4,3; 4,4]
Extremamente ácido < 4,3

Fonte: Guimarães (2002).

Segundo Guimarães (2002) quando a água circula pela mistura solo cal a um enriquecimento gradual dos íons ali presentes, e uma natural tendência de acidificação do solo devido à presença de água, porém a cal adicionada ao solo, provoca o inverso, ocasionando a variação gradativa do pH ácido do solo para alcalino.

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Observou-se que a adição de cal ao solo tem grande influência na fração de argila do solo e pode promover melhorias das características geotécnicas dos solos principalmente in situ quando este não atende os requisitos exigidos para a realização de uma obra. Sua utilização na solução de engenharia poderá trazer redução de custos em transportes principalmente em locais com predominância de solos finos. No entanto, a estabilização de solo com cal é variável para cada tipo de solo e composição encontrada, sendo extremamente importante o controle da porcentagem utilizada de cal na mistura para que dentre os resultados importantes estejam a melhor trabalhabilidade, aumento de resistência, controle de plasticidade e acidez, redução da expansão e permeabilidade do solo e o efeito cimentante da cal para evitar o carreamento de partículas.

REFERÊNCIAS

BEHAK, L. Estabilização de um solo sedimentar arenoso do Uruguai com cinza de casca de arroz e cal.  Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre, 150 p. 2007. Disponível em: <http://hdl.handle.net/10183/10594>. Acesso em: 08 ago. 2009.

FERREIRA, C. J. Estabilização de solos com cal – uso da metodologia MCT. Projeto Final, Publicação ENC. PF -012A/06 – Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Goiás, Anápolis, 150 p. 2006.

GUIMARÃES, J. E. P. A cal – fundamentos e aplicações na engenharia civil. 2. ed. São Paulo: Pini, 341p. 2002.

GUIMARÃES, R. C.; et al. Um Breve Histórico da Utilização de Solos Residuais Jovens Compactados em Construção de Barragens. In: I Simpósio sobre Solos Tropicais e Processos Erosivos no Centro-Oeste,  Brasília, DF v. 1. p. 145-154, 2003.

LIMA, D. C.; et al. Estabilização dos solos III – mistura solo-cal para fins rodoviários. 1. ed. Viçosa: Universidade Federal de Viçosa, p. 46, 1993.

LOVATO, R. S. Estudo do comportamento mecânico de um solo laterítico estabilizado com cal, aplicado à pavimentação. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre,  p. 144, 2004. Disponível em: <http://hdl.handle.net/10183/6646>. Acesso em: 08 ago. 2009.

PINTO, C. de S. Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas. 2. ed. São Paulo: Oficina de textos,  p. 355, 2002.

PORTELINHA, F. H. M. Efeito da cal e do cimento na modificação dos solos finos para fins rodoviários: mecanismo de reação, parâmetros de caracterização geotécnica e resistência mecânica. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, p. 189, 2008. Disponível em <http://www.tede.ufv.br/tedesimplificado/> Acesso em: 10 ago. 2009.

SALOMÃO, D. A. Estabilização de solos com cal para uso em pavimentação. Projeto Final. Publicação ENC.PF-009A/05 – Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Goiás, Anápolis, p. 63, 2005.

SILVA, M. T. de M. G. Estabilização de Solos Finos com Cal para Fins de Pavimentação Rodoviária – Efeito da Carbonatação. Projeto Final. Publicação ENC.PF-004A/06 – Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Goiás, Anápolis, p. 89, 2006.

THOMÉ, A. Estudo do Comportamento de um solo mole tratado com cal, visando seu uso em fundações superficiais. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, p. 149, 1994. Disponível em: <http://hdl.handle.net/10183/1547>. Acesso em: 15 ago. 2009.

[1] Pós-graduado em Gestão Pública pela Universidade Anhanguera-UNIDERP, Pós-graduado em Gerenciamento de Projeto pela Universidade Cândido Mendes – UCAM/PROMINAS, Pós-graduado em Engenharia Ambiental pela Universidade Cândido Mendes – UCAM/PROMINAS, Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Goiás – UEG.

[2] Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Goiás – UEG.

Enviado: Maio, 2021.

Aprovado: Junho, 2021.

Pós-graduado em Gestão Pública pela Universidade Anhanguera-UNIDERP, Pós-graduado em Gerenciamento de Projeto pela Universidade Cândido Mendes – UCAM/PROMINAS, Pós-graduado em Engenharia Ambiental pela Universidade Cândido Mendes – UCAM/PROMINAS, Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Goiás – UEG.

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