UNIVERSIDADE DO VALE DO TAQUARI
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
PRODUÇÃO E ANÁLISE DA CINZA DA FOLHA DE BAMBU COMO
UM POTENCIAL MATERIAL POZOLÂNICO PARA FINS
GEOTÉCNICOS
Isabelli Menegat
Lajeado, julho de 2020.
Isabelli Menegat
PRODUÇÃO E ANÁLISE DA CINZA DA FOLHA DE BAMBU COMO
UM POTENCIAL MATERIAL POZOLÂNICO PARA FINS
GEOTÉCNICOS
Monografia apresentada na disciplina de Trabalho
de Conclusão de Curso II, do curso de Engenharia
Civil, da Universidade do Vale do Taquari -
Univates, como parte da exigência para a obtenção
do título de Engenheira Civil.
Orientadora: Profª. Ma. Helena Batista Leon
Lajeado, julho de 2020.
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Isabelli Menegat
PRODUÇÃO E ANÁLISE DA CINZA DA FOLHA DE BAMBU COMO
UM POTENCIAL MATERIAL POZOLÂNICO PARA FINS
GEOTÉCNICOS
A Banca examinadora abaixo aprova a Monografia apresentada na disciplina de Trabalho de
Conclusão II, do curso de Engenharia Civil, da Universidade do Vale do Taquari – Univates,
como parte da exigência para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil:
Profa. Ma. Helena Batista Leon – orientadora
Universidade do Vale do Taquari – Univates
Profa. Ma. Mariana da Silva Carretta
Universidade Federal do Rio Grande do Sul -
UFRGS
Prof. Me. Deividi Maurente Gomes da Silva
Universidade Federal do Rio Grande do Sul -
UFRGS
Lajeado, 15 de julho de 2020.
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AGRADECIMENTOS
Agradeço, primeiramente, aos meus pais, Tania e Alcir (in memorian) , por todo apoio
e confiança depositados em mim, por acreditarem e incentivarem todos os dias a batalhar
pelos meus sonhos, por me ensinarem a nunca desistir. Pai, cheguei ao final desta etapa,
queria muito que você estivesse aqui. Dedico essa conquista à você e a mãe. Amo vocês!
Aos meus irmãos, Iasmyn e Pedro Henrique, pelo carinho e pelos conselhos, por
compreenderem a minha ausência todas essas noites e por vibrarem comigo a cada
descoberta. Vocês são meu porto seguro.
Ao meu melhor amigo, meu parceiro de vida, Marcelo, por todo carinho e
compreensão tidos a mim durante todos esses anos de Engenharia Civil, por participar e por
vivenciar cada experiência, e chegar comigo até o final desta etapa. Também agradeço à
família Cozer por terem me acolhido e por serem minha segunda família.
À minha professora, orientadora e amiga, Helena Leon, por ter acreditado em mim e
por ter crescido comigo todos os dias, por sua paciência, por compreender minhas
dificuldades e me ajudar a enfrentá-las. Você é meu exemplo, teus ensinamentos e tua
dedicação me transformaram como pessoa e como futura profissional. Obrigada por aceitar
esse desafio, saiba que este trabalho é mérito seu, também. Vamos em frente!
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Também, agradeço ao professor João Rodrigo Guerreiro Mattos pelo incentivo e apoio
na iniciativa desta pesquisa, desenvolvida ainda na disciplina de Mecânica dos Solos II. Teus
ensinamentos me motivaram a seguir estudando a área geotécnica.
Ao pessoal do LATEC, Vianei, Amanda e Henrique, pela ajuda e companheirismo no
desenvolvimento dos ensaios, vocês são uma parte muito importante dessa história. Também,
aos meus colegas do GEPEG, que não mediram esforços em ajudar na produção da cinza.
Engenheiro Civil, Diego Troian, meu chefe e amigo, e a toda família Troian, que me
acolheram desde o início dessa história, acompanharam cada etapa do meu aprendizado,
compreenderam minhas faltas, estiveram comigo em todos os momentos importantes,
agradeço por cada ensinamento e cada palavra de incentivo.
Enfim, agradeço a todos que me enviaram energias positivas para que eu continuasse
nesta jornada em busca do sonho de ser Engenheira Civil, muito obrigada!
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RESUMO
A estabilização é um método capaz de satisfazer requisitos de resistência e durabilidade de
um solo, sendo assim, a busca por novos produtos que beneficiem essas propriedades é
constantemente estudada na área geotécnica. Atento a isso, este trabalho buscou estudar a
cinza da folha de bambu (CFB) como um potencial material pozolânico, analisando o seu
comportamento, em conjunto com a cal de carbureto (CC), subproduto obtido da produção do
gás acetileno, na estabilização de um solo arenoso. Para determinação da temperatura de
queima, caracterização química e controle de qualidade da cinza produzida, foram realizados
os ensaios de termogravimetria (TGA), fluorescência de raios X (FRX), difração de raios-X
(DRX), área superficial específica ( BET), classificação pozolânica e método Chapelle
modificado. A CFB foi utilizada em diferentes dosagens, em combinação com a CC, a fim de
analisar sua influência nas propriedades mecânicas de uma areia fina uniforme. As dosagens
foram definidas através de um projeto de experimentos fatorial , com 2 fatores e 1 ponto 2k
central (2² + 1 PC), realizados em duplicatas, sendo os fatores controláveis o teor da CFB
(10 e 30%) e o peso específico aparente seco - (14,5 e 16,5 kN/m³), e os fatores constantes dγ
a CC (5%) e o teor de umidade (14%). No total, foram moldadas 10 amostras, mantidas em
cura por 28 dias. Então, verificou-se a influência dos fatores controláveis através dos ensaios
de resistência à compressão simples ( qu ) e módulo cisalhante inicial ( ) das amostras, G0
assim como sua relação com o parâmetro porosidade/teor volumétrico de agente cimentante
. Os resultados obtidos mostraram que o aumento no teor de CFB e acresceram η B ) ( / iv dγ
nos valores de resistência e rigidez das amostras, sendo que o teor de CFB mostrou ter maior
influência nas variáveis respostas. Em relação ao parâmetro , quanto menor o seu valor, B η/ iv
maiores serão a resistência ( ) e o módulo cisalhante ( ) alcançado. Constatou-se, então, uq G0
que a CFB foi adequada, mostrando ser um material pozolânico com notável reatividade.
Ainda, foi possível prever o comportamento das misturas através da utilização do índice
. B η/ iv
Palavras-Chave: Cinza da folha de bambu. Material Pozolânico. Estabilização de Solos.
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 8
1.1 Problema de pesquisa 10
1.2 Objetivos 10
1.2.1 Objetivo geral 10
1.2.2 Objetivos específicos 11
1.3 Justificativa da pesquisa 11
1.4 Delimitação 11
1.5 Limitação 12
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 13
2.1 Estabilização de solos 13
2.1.1 Estabilização e melhoramento dos solos 14
2.2 Métodos de estabilização 16
2.2.1 Estabilização química 19
2.2.1.1 Estabilização com cimento 21
2.2.1.2 Estabilização com cal 24
2.3 Materiais pozolânicos 29
2.4 Cinza da folha de bambu (CFB) 33
3 MATERIAL E MÉTODOS 36
3.1 Materiais 36
3.1.1 Areia de Osório 36
3.1.2 Cinza da folha de bambu 38
3.1.2.1 Produção da cinza da folha de bambu (CFB) 38
3.1.2.2 Beneficiamento da cinza da folha de bambu 41
3.1.3 Cal de carbureto 42
3.2 Caracterização dos materiais 43
3.2.1 Análise granulométrica por peneiramento e sedimentação 44
3.2.2 Análise granulométrica a laser 46
6
3.2.3 Classificação do solo (AASHTO e SUCS) 48
3.2.4 Índice de vazios mínimo e máximo 50
3.2.5 Massa específica dos grãos 50
3.2.6 Termogravimetria (TGA) 51
3.2.7 Área superficial específica (BET) 52
3.2.8 Fluorescência de raios-X (FRX) 52
3.2.9 Difração de raios-X (DRX) 53
3.2.10 Classificação pozolânica 55
3.2.11 Método Chapelle modificado 56
3.3 Programa experimental 57
3.3.1 Projeto Experimental Fatorial 2k 57
3.3.2 Moldagem das amostras 61
3.3.3 Parâmetro η B/ iv 63
3.3.4 Ensaio de pulso ultrassônico 65
3.3.5 Ensaio de resistência à compressão simples ( qu ) 66
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 68
4.1 Resistência à Compressão Simples ( qu ) 68
4.2 Módulo cisalhante inicial ( ) G0 71
4.3 Análise estatística 74
4.3.1 Análise de Variância para qu 74
4.3.2 Análise de Variância para G0 76
4.4 Influência do índice nas variáveis respostas η B/ iv 77
4.4.1 Influência do índice em relação a qu η B/ iv 78
4.4.2 Influência do índice em relação a η B/ iv G0 80
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 82
5.1 Conclusões 82
REFERÊNCIAS 84
7
1 INTRODUÇÃO
Para Drumond e Wiedman (2017), o bambu é uma gramínea com grande distribuição
geográfica. É uma planta de rápido crescimento, que se adapta aos mais diversos tipo de
climas e solos. O Brasil possui a maior diversidade de bambus do mundo, pois dispõe de
clima favorável e grandes áreas degradadas inaptas para outros cultivos, mas que são
adequadas para o plantio de bambu à valor comercial. A maior ocorrência da planta são em
áreas quentes e chuvosas, como nas regiões tropicais e subtropicais da América do Sul, África
e Ásia, sendo umas das maiores florestas nativas encontradas na Amazônia.
Devido seu rápido crescimento, o bambu tem potencial de substituição da madeira em
quase todos os usos. Moreira (2012), em sua pesquisa, explica que uma dessas atribuições é
na geração de energia, pois o bambu tem alto poder calorífico e seu rendimento por hectare é
bastante competitivo. Segundo o autor, um exemplo é a substituição do eucalipto pelo bambu
na geração de carvão vegetal. Uma das vantagens do uso dessa planta em relação ao eucalipto
é a idade ideal de corte ser aos quatro anos, sendo que, nesta mesma idade, o eucalipto é ainda
inadequado (idade de corte adequado para o eucalipto é aos sete anos).
Já para Guarnetti (2013), a utilização do bambu como fonte de biomassa para
cogeração de energia (térmica e elétrica) é avaliada positivamente devido ela ser uma planta
perene, ou seja, não necessita de replantio, e isso reflete positivamente nos aspectos
econômicos. Por não necessitar de replantio, o solo não sofre processos erosivos prejudiciais,
favorável aos aspectos ambientais. Vale ressaltar que o aproveitamento energético da
biomassa do bambu já é realidade no Brasil. Na Bahia, o Grupo Penha, unidade industrial
8
Santo Amaro, explora cerca de 3 mil hectares de biomassa de bambu, voltado para fins
energéticos, no processo de reciclagem de papel.
No entanto, o uso de bambu gera um desperdício: as suas folhas. Elas são queimadas
em aterros sanitários, gerando a cinza da folha de bambu (CFB), que não possui um objetivo
adequado, tornando-se uma fonte de poluição (SCURLOCK; DAYTON; HAMES, 2000). Por
isso o uso da CFB como material aditivo para melhoria do solo ainda é uma novidade, sendo
o assunto muito pouco pesquisado, como pode ser observado na escassa literatura disponível.
No entanto, pesquisas foram realizadas para transformar esse resíduo em uma
alternativa sustentável para a construção civil, principalmente em aplicações de cimento e
concreto. Villar-Cociña et al. 2010, Frías et al. 2012, Villar-Cociña et al. 2016, Moraes et al.
(2019) concluíram que as cinzas das folhas de bambu apresentam bom comportamento
pozolânico e alta reatividade.
A estabilização química tem sido frequentemente estudada para melhorar a resistência,
a durabilidade e outras propriedades de solos inicialmente inapropriados para uso como
materiais de terraplenagem. Essa técnica geralmente emprega cimento Portland, no entanto, o
desenvolvimento de alternativas, como a reutilização de resíduos agroindustriais, geralmente
resulta em benefícios ambientais e econômicos. Nesse contexto, a cinza da folha de bambu
(CFB), que é um resíduo agrícola, ao mesmo tempo que a cal de carbureto (CC), que é um
resíduo industrial, tem potencial para ser usada como material estabilizador
(INGLES;METCALF, 1972).
As reações químicas pozolânicas ocorrem entre a sílica amorfa presente na pozolana e
o hidróxido de cálcio da cal, formando silicatos hidratados, melhorando as propriedades
mecânicas da matriz ( MASSAZZA, 1998; SALDANHA;CONSOLI, 2016 ). É importante
notar que os solos arenosos não reagem com a cal, assim, a coesão entre os grãos de areia
ocorre a partir do adesivo entre os grãos através do material de cimentação criado pelas
reações pozolânicas (INGLES;METCALF, 1972). É essencial que esses óxidos apresentem
uma forma amorfa para que a reação ocorra, portanto, a temperatura atingida e o processo de
resfriamento na produção de pozolana são de extrema importância. Altas temperaturas e
longos períodos de tratamento térmico, bem como o método de aquecimento/resfriamento,
9
podem levar à cristalização das partículas do material, conforme demonstrado por
Villar-Cociña et al. (2016).
Desta forma, esta pesquisa tem o intuito de produzir e caracterizar a cinza da folha de
bambu, a fim de avaliá-la como um possível material pozolânico com propriedades
específicas para ser utilizado como um produto estabilizador de solos. Deste modo, são
testadas as aplicações práticas da CFB e da CC, agindo em conjunto como ligante,
melhorando as propriedades mecânicas de um solo arenoso. As propriedades mecânicas são
avaliadas em termos de resistência à compressão não confinada ( qu ) e do módulo de
cisalhamento em pequenas deformações ( ). Todo o projeto de experimentos foi realizado G0
em uma base estatística, e uma análise de variância (ANOVA) demonstra a significância dos
fatores controlados.
Dessa forma, foi necessária uma metodologia de dosagem racional, a fim de levar em
consideração os efeitos dos diversos fatores que governam o comportamento mecânico das
misturas estabilizadoras do solo, como porosidade, quantidades de CFB e CC. Assim, este
estudo amplia a aplicação do índice de porosidade/ teor volumétrico de agente cimentante
, proposto por Consoli et al. (2018), para um novo material composto por CFB e CC. ) (η B/ iv
O índice , nesse caso, considera o conteúdo volumétrico do ligante como a soma do η B/ iv
conteúdo volumétrico de CFB e do conteúdo volumétrico da CC das misturas.
1.1 Problema de pesquisa
É possível produzir uma cinza da folha de bambu para utilizá-la como um material
capaz de atribuir melhorias significativas na resistência e rigidez de um solo arenoso?
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo geral
Analisar o comportamento mecânico de um solo estabilizado com uma cinza
produzida a partir de folhas de bambu.
10
1.2.2 Objetivos específicos
a) padronizar um procedimento para a produção de cinza a partir da queima das folhas de
bambu em condições controladas;
b) analisar o potencial pozolânico da cinza produzida;
c) caracterizar quimicamente a cinza da folha de bambu;
d) analisar o comportamento mecânico de misturas produzidas com a adição da cinza de
bambu produzida, em conjunto com cal de Carbureto e areia de Osório;
e) verificar a influência da compactação, através do peso específico aparente seco de
moldagem, das misturas na resistência à compressão simples ( qu ) e no módulo
cisalhante inicial ( ); G0
f) verificar a influência de diferentes teores de cinza da folha de bambu adicionado às
misturas na resistência à compressão simples ( qu ) e no módulo cisalhante inicial ; )(G0
g) julgar qual das variáveis (teor de cinza da folha de bambu ou peso específico aparente
seco) exerce maior influência no comportamento mecânico das dosagens.
1.3 Justificativa da pesquisa
Avaliar a atividade pozolânica da cinza da folha de bambu como um novo material
para o meio geotécnico, em conjunto com a cal de carbureto, na estabilização de um solo
arenoso. Sendo assim, poderá se comprovar as propriedades cinza da folha de bambu e sua
capacidade em proporcionar resistência a este solo, visto que a areia pura possui nenhuma
resistência quando não-confinada. Ainda, a cinza da folha de bambu, gerada pela queima em
aterros sanitários, tem a possibilidade de ser reaproveitada e reconhecida como um
subproduto sustentável, visto que seria um material descartado e atribuído como fonte de
poluição.
1.4 Delimitação
O presente estudo é delimitado à realização de análises de estudo geotécnico, sendo
analisados diferentes teores de cinza da folha de bambu em uma areia de Osório, a fim de
avaliar o melhoramento das propriedades deste solo através de ensaios de resistência à
11
compressão simples ( qu ) e do módulo cisalhante inicial ( ). Estudos sobre a adequação G0
dessa cinza para o uso em concreto, argamassas e pastas não serão abordados, pois não são o
foco desta pesquisa.
1.5 Limitação
Este estudo está limitado à quantidade de cinza produzida, visto que o processo de
queima da cinza em laboratório, com condições controladas, não possui um alto rendimento.
Dessa forma, não foram realizados ensaios de compactação utilizando a cinza da folha de
bambu e o número de amostras moldadas foi reduzido, devido à insuficiência de material.
Para tanto, a determinação dos pesos específicos aparente secos e umidade de moldagem
seguiram padrões da literatura. As dosagens foram calculadas através de um projeto de
experimentos fatorial 2k +1PC e analisadas estatisticamente.
12
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo são apresentadas as definições sobre estabilização e melhoramento de
solos, assim como os métodos adequados para cada tipo de projeto. Além disso, são revisados
os principais tipos de estabilização utilizados na construção civil, como forma de
melhoramento das propriedades do solo, além de uma sucinta contextualização sobre
materiais pozolânicos, em destaque a cinza da folha de bambu, que é a base do procedimento
experimental que será realizado ao longo deste trabalho.
2.1 Estabilização de solos
Desde a antiguidade, o emprego do solo em obras civis foi fundamental para o
desenvolvimento das sociedades, provando assim, a necessidade de entender melhor seu
comportamento. Por essa razão, nos dias de hoje, engenheiros seguem estudando as
propriedades e as técnicas de uso do solo, principalmente para seu uso em obras de fundações,
estradas, contenção, aterros, barragens e escavações subterrâneas (LAMBE;WHITMAN,
1969).
Segundo Núñez (1991), o solo é visto como um material variável e complexo, porém,
devido à sua abundância e baixo custo, oferece muitas oportunidades em obras de engenharia.
É muito comum que um solo de uma determinada localidade não preencha de certa forma as
exigências de projeto, por isso, a realização de obras em solos com características geotécnicas
desfavoráveis, torna-se, na maioria das vezes, economicamente inviável. Por isso, é
necessário fazer a escolha entre:
a) aceitar o material existente e otimizar o projeto dentro das suas limitações;
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b) substituir o material existente por outro mais qualificado, ou
c) melhorar as propriedades do solo existente, tornando-o capaz de atender as
especificações do projeto.
A última escolha é definida como estabilização de solos. Ingles e Metcalf (1972)
descrevem-a como um método capaz de promover melhorias em uma ou mais propriedades
de um solo, dentre as principais associadas a resistência, deformação, permeabilidade e
durabilidade. Assim, o resultado da estabilização é um novo material geotécnico com
propriedades próprias, tornando-o capaz de responder de forma satisfatória às solicitações
previstas, sendo, além disso, uma alternativa viável em questões técnicas e econômicas
(PRIETTO, 1996; CAPUTO, H. P.; CAPUTO, A. N.; RODRIGUES, 2015).
Deve-se verificar que na estabilização nem toda e qualquer característica pode ser
alterada, de modo a considerá-la um processo infalível, por isso, para uma correta aplicação é
necessário identificar claramente as propriedades do solo a serem melhoradas. Sendo assim, a
estabilização não deve ser pensada apenas como uma correção nas propriedades naturais de
um solo, mas também como um modo de prevenir condições adversas que possam ocorrer
durante a vida útil da obra (CRISTELO, 2001).
2.1.1 Estabilização e melhoramento dos solos
As técnicas de estabilização ou melhoramento um solo compreendem a aplicação de
qualquer processo de natureza mecânica, física ou química, com efeito de modificar as
propriedades dos solos de modo a melhorar o seu comportamento. Um exemplo são as
misturas de solo e estabilizante compactadas e camadas estabilizadas de solos, que são
designações indistintas de solos melhorados para solos estabilizados (NÚÑEZ, 1991).
A adição de materiais ao solo, tem sido denominada de diferentes formas por diversos
autores, sendo comumente utilizados termos como solo estabilizado, solo tratado, solo
modificado, solo melhorado, dependendo do grau de alteração nas propriedades do material.
A American Concrete Institute (ACI) define estabilização como a técnica que satisfaz
requisitos como durabilidade e/ou resistência, à medida que solo melhorado tem suas
14
propriedades relativamente modificadas, tais como, melhoria da plasticidade, variação
volumétrica e na capacidade de suporte. Para Foppa (2005) os critérios para definição de
estabilização ou melhoramento dos solos dependem do grau de alteração das propriedades no
seu estado natural, porém, conceitualmente os processos são os mesmos, visando promover
melhorias no comportamento dos solos empregados.
Ainda, Prietto (1996) explica que os processos de melhoramento e estabilização se
diferem quanto ao acréscimo de durabilidade e resistência de acordo com a porcentagem de
aditivos e no tempo de compactação. Como exemplo, adições de cimento em até 2%
modificam (melhoram) as propriedades do solo enquanto que teores maiores alteram
radicalmente as suas propriedades (INGLES; METCALF, 1972). No caso da cal, a adição
ideal para as alterações da plasticidade do solo são condicionadas entre 1% e 3%, superior a
isso as alterações pela combinação da cal são usadas para modificar a resistência do solo
(USACE, 1994).
Sobre os aspectos práticos de melhoramento do solo, Mitchell (1981) inclui
considerações como o tipo de solo mais adequado para o tratamento, propriedades dos solos
tratados, eficácia do tratamento, principais aplicações e os custos relativos. Baseado nisso, o
autor relaciona os principais métodos utilizados:
a) compactação;
b) consolidação por eletro-osmose, pré-carregamento e/ou drenos verticais;
c) injeção de materiais estabilizantes (grouting);
d) estabilização por processos físico-químicos;
e) estabilização térmica;
f) reforço de solos com a inserção de elementos resistentes (geotêxteis por ex.).
Dentre as inúmeras técnicas de melhoramento de solo, o processo mais simples é
obtido através da compactação, como exemplo, a compactação dinâmica, que utiliza a alta
energia de compactação para recompor solos um tanto fracos. Outra forma muito utilizada de
obter melhoria nas propriedades do solo é através da adição de pequenos teores de cimento,
cal, betume, pozolanas, entre outros aditivos.
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Núñez (1991) explica que solo melhorado com cal ou cimento são misturas que
possuem baixo teor de estabilizante e, por isso, não apresentam características para uso em
bases de pavimentos rodoviários, porém, manifestam melhorias em outras propriedades como
variação volumétrica, plasticidade, por isso, são utilizados como reforço e melhoria do
subleito em obras de pavimentação. Ainda, segundo o autor, para a camada de base de
pavimentos rodoviários são utilizadas misturas de solo-cal ou solo-cimento, garantindo
durabilidade e resistência ao solo em questão.
2.2 Métodos de estabilização
A estabilização de um solo, além de considerar fatores como características do
material e propriedades a serem alteradas, é influenciada pelos custos totais da obra e sua
finalidade. Quanto mais elevado é o padrão de uma obra, maior é a exigência sob qualidade e
durabilidade, porém, nem sempre o material natural possui propriedades adequadas, e
substituí-lo torna-se economicamente inviável. Desta forma, sobrevém a hipótese de utilizar o
próprio material encontrado em obra (CRISTELO, 2001).
Sendo assim, estabilizar o solo inapropriado é o caminho mais simples e econômico
para melhorar as propriedades específicas, garantindo, de tal maneira, a resistência e
durabilidade exigidas em obras de engenharia (BASHA et al., 2005).
Segundo Ingles e Metcalf (1972), a grande variabilidade dos solos incide em
diferentes maneiras de alterar suas propriedades, sendo assim, um método pode se adequar a
um determinado solo, porém, não ser bem sucedido à outro devido suas características
distintas. Por isso, além de conhecer as características de cada material, é importante conhecer
as propriedades dos estabilizadores.
A aplicação de procedimentos específicos de estabilização pode ser classificada em
três grupos, segundo Cristelo (2001):
a) métodos de estabilização mecânica: significa melhorar as propriedades dos solos sem
a mistura de aditivos. Esta técnica é feita basicamente da compactação, da mistura de
16
variados solos (granulometria) e/ou drenagem, para fins de redução dos vazios entre as
partículas sólidas;
b) métodos de estabilização física: melhora as propriedades do solo modificando a sua
textura a partir da ação térmica ou elétrica;
c) métodos de estabilização química: são técnicas que modificam permanentemente as
propriedades do solo através da adição de aditivos que promovem a união das
partículas.
A compactação é um método mecânico de estabilização empregada em inúmeras
obras de engenharia, como em camadas construtivas de pavimentos, aterros, construção de
barragens de terra, preenchimento de valas, entre outros. Ela visa aumentar o contato entre os
grãos e tornar o solo mais homogêneo através de sucessivas cargas, sendo que o perfil de obra
e o solo disponível irão determinar o modelo de compactação a ser adotado, a umidade do
solo naquele momento e a densidade a ser obtida (PINTO, 2006).
Outro processo mecânico é a estabilização mediante correção granulométrica, que
consiste em misturar diversos solos com diferentes diâmetros de grãos, onde os vazios dos
grãos maiores são ocupados pelos grãos médios, e o vazios desses grão médios, pelos grãos
finos. Essa estrutura densa resulta em um material de massa específica aparente eminente a de
seus componentes, dando-lhe maior impermeabilidade e resistência (SENÇO, 2001).
Geralmente, as técnicas de estabilização mecânica são combinadas, visto que a compactação é
necessária em quase todos os casos (KÉZDI, 1979).
A técnica de estabilização física compreende reações térmicas e elétricas. As reações
por meios térmicos são obtidas através do aquecimento, congelamento ou termo-osmose. O
aquecimento busca reordenar a rede cristalina dos minerais que constituem o solo. O
congelamento é conhecido por ser uma solução temporária, onde se gelifica a água presente
nos vazios do solo, alterando a sua textura. Já na termo-osmose ocorre a drenagem pela ação
dos gradientes de temperatura na dissipação de um fluído entre os poros (CRISTELO, 2001).
Como técnica de estabilização elétrica, Ingles e Metcalf (1972) citam a eletro-osmose, que
consiste na remoção da água através da passagem de uma corrente elétrica por dois eletrodos
em uma massa de solo.
17
O método de estabilização química é um dos métodos mais utilizados para a melhoria
das propriedades de um solo, realizado por meio de adições como cimento, cal, pozolanas,
betume, resíduos industriais, etc. Por ser a técnica escolhida para a realização dessa pesquisa,
será apresentada com maior ênfase no próximo subitem.
Em geral, é considerável dizer que para areia usa-se cimento e para argila, a cal,
porém isso despreza outros procedimento úteis na estabilização. Sendo assim, o Quadro 1
abrange as técnicas mais comuns de estabilização de solos - mecânica, cal, cimento e betume-
acrescentando as razões para a escolha do determinado estabilizante.
Quadro 1 - Resposta dos principais componentes de solos à estabilização
Principal Comp. do Solo Estab. Recomendados Motivos
Matéria Orgânica Mecânica Outros métodos ineficientes
Areias
Argila Maior estabilidade mecânica
Cimento Maior densidade e coesão
Betume Maior coesão
Siltes Desconhecido -
Alofanas Cal Reações pozolânicas e densificação
Caolinitas
Areia Maior estabilidade mecânica
Cimento Ganho rápido de resistência
Cal Ganho rápido de trabalhabilidade e
resistência a longo prazo
Ilitas
Cimento Ganho rápido de resistência
Cal Ganho rápido de trabalhabilidade e
resistência a longo prazo
Motmorilonitas Cal Ganho rápido de trabalhabilidade
e resistência inicial
Cloritas Cimento Motivação apenas teóricas (sem experiências)
Fonte: Adaptado pela autora com base em Ingles e Metcalf (1972).
A interação de cada aditivo com o solo ocorre de forma particular, seja através da
modificação mineralógica, da cimentação, da troca de íons, polimerização, precipitação, entre
outros. Geralmente, a estabilização com o uso de cimento produz bons resultados na maioria
dos componentes dos solos.
Em solos granulares, como a areia, além do cimento ou betume, o uso da argila, como
material fino, pode melhorar a sua distribuição granulométrica. Nos materiais com
granulometria mais fina (Alofanas, Caolinitas, Ilitas e Motmorilonitas), a cal, ao entrar em
18
contato com os argilominerais presentes em suas estruturas, gera uma reação pozolânica,
manifestando melhorias nas propriedades desses componentes. Já os solos compostos por
matéria orgânica e silte não manifestam melhoras consideráveis quando estabilizados
quimicamente. Croft (1967) orienta que devem ser realizados testes experimentais para
determinação do agente estabilizador mais apropriado e a quantidade necessária à cada tipo de
solo.
2.2.1 Estabilização química
Estabilizar um solo quimicamente significa alterar suas propriedades com objetivo de
melhorar seu comportamento. A técnica consiste em adicionar um certo produto químico ao
solo, com objetivo de controlar ou melhorar a estabilidade volumétrica, a resistência e as
propriedades de tensão-deformação do material (BRITO; PARANHOS, 2017).
As alterações do solo, pelo processo químico, são permanentes. A estabilização
química se dá pela relação do aditivo estabilizador com os minerais do solo ou pela reação
química no contato entre adição mineral e água, de modo que, as resultantes dessas reações
irão determinar o sucesso da estabilização. Geralmente, os agentes químicos mais usados para
fins de estabilização são o cimento, a cal, a cinza volante e emulsões betuminosas (MEDINA;
MOTTA, 2005).
Silva (2007) explica que as reações pela adição de químicos ao solo podem ser
geradas através de quatro mecanismos: troca de cátions adsorvidos por cátions
hidrorrepelentes e substituição das moléculas de água; formação de ligações reforçadas entre
as partículas dos agregados pela inserção de ligantes; floculação e dispersão.
Nos solos argilosos, existem estruturas dispersas e floculadas sensíveis à presença de
água, que acabam interferindo na resistência ao cisalhamento. Nesse caso, a adição de um
agente químico ajudará na dispersão e na floculação das partículas, bem como a adição de
cimentos contribuirá para uma prévia alteração de cátions inorgânicos por cátions orgânicos
hidrorrepelentes. Em solos granulares, a interação do ligante nos pontos de contato entre
grãos tende a melhorar sua resistência cisalhante (GOULARTE; PEDREIRA, 2009).
19
Segundo Kédzi (1979), os métodos de estabilização química são classificados
conforme a interação entre o produto químico e as partículas do solo, podendo ocorrer da
seguinte forma:
a) o produto químico exerce um efeito por meio da interação com o solo ou com as
partículas do solo. Desta forma, as propriedades físicas do produto químico
empregado é pouco significativa;
b) a interação e as propriedades físicas do produto químico exercem um efeito conjunto;
c) as propriedades físicas do aditivo usado são de importância decisiva, enquanto as do
solo importam menos.
Ainda, o autor elucida que o estabilizador pode formar uma matriz contínua ou
descontínua do solo. Se a matriz for contínua, significa que o estabilizador preencheu todos os
poros, e as partículas ficam mergulhadas no aditivo químico como um enchimento inerte.
Neste caso, as características do sistema serão governadas pelo estabilizador,como exemplo, o
betume. No caso da matriz descontínua o estabilizador (exemplo, cimento ou cal) não
preenche todos os poros, e seu modo de ação ocorre através da mudança das propriedades da
superfície das partículas do solo, do preenchimento dos vazios intergranulares com um
material inerte, e da conexão das partículas do solo em alguns pontos (solda a ponto).
Dentre os estabilizadores, os mais utilizados são o cimento e a cal. Nas misturas
solo-cal e solo-cimento, o princípio da reação se caracteriza como físico-química, onde os
cátions liberados na hidratação do cimento, reagem com a superfície dos Ca++
argilominerais, alterando, dessa forma, o pH da solução eletrolítica. Posteriormente
formam-se produtos cimentantes (silicatos hidratados de cálcio e/ou sílico-aluminatos CSH)(
hidratados de cálcio ) por meio das reações pozolânicas entre os argilominerais CASH)(
procedentes do solo e o hidróxido de cálcio resultantes da cal ou do processo de Ca(OH) )( 2
hidratação do cimento, que acrescem a rigidez da mistura (NUÑEZ, 1991). Para melhorar
consideravelmente as propriedades do solo, o uso de adições pozolânicas, como a cinza
volante, podem ser adicionados ao solo-cimento ou ao solo-cal, aumentando a disponibilidade
de sílica presente para ocorrência de reações pozolânicas com o hidróxido de cálcio.
20
A estabilização com cimento pode ser indicada para uma diversidade de solos, porém,
sua aplicação mais corrente se dá aos solos granulares. Já a cal possui maior eficiência em
solos de granulometria fina, onde o resultado da sua reação com os argilominerais contidos
nas porções finas da granulometria, alteram a textura e a cimentação das partículas do solo
(INGLES; METCALF, 1972).
2.2.1.1 Estabilização com cimento
Solo estabilizado com cimento, segundo a NBR 12253 (ABNT, 2012c) é um “produto
endurecido decorrente da cura de uma mistura compactada de solo, cimento e água, em
proporções definidas por meio de dosagem” . Para a American Concrete Institute (ACI, 2009)
a mistura significa “uma quantidade medida de cimento e água, compactada a uma alta
densidade” .
A técnica de solo-cimento é uma das mais usadas dentre os métodos estabilizadores,
tendo sido comumente utilizada em base de pavimentos, proteção de taludes e barragens,
camada de base para fundações rasas, revestimentos de canais, entre outros (CONSOLI et al.,
2011a).
O cimento utilizado como estabilizador de solos é do tipo Portland, composto
proveniente do calcário e da argila, que geram a combinação de óxidos de cálcio, alumínio,
silício e ferro. A presença de sílica e da alumina são importantes para a )(SiO2 Al O )( 2 3
obtenção de produtos com elevadas resistências.
Nos Estados Unidos, a estabilização de solos com uso do cimento ocorre desde o ano
de 1915, quando em Sarasota, cidade localizada no estado americano da Flórida, construiu-se
uma rua utilizando a mistura de conchas, cimento e areia. No ano de 2009, o país contabilizou
mais de 200.000 km em pavimentos utilizando solo-cimento como base (ACI, 2009).
Segundo Kézdi (1979), a primeira estrada estabilizada com cimento foi construída em 1935
em Johnsonville, na Carolina do Sul.
No Brasil, a primeira experiência de campo utilizando solo-cimento, foi realizada no
acesso ao aeroporto de Bauru, em um trecho de 500 metros de extensão, com um teor de
21
cimento em 11%. Em seguida, foram pavimentados 14 km do acesso ao aeroporto de
Presidente Prudente, utilizado teores de cimento variando entre 12% e 14% (SENÇO, 2001).
Conforme a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), a utilização de solo-cimento
em pavimentos com base ou sub-base são empregados no Brasil desde 1939, na construção da
estrada Caxambu-Areias, em Minas Gerais. Desde então, o país tem mais de 25.000 km
executados com essa solução.
Outras utilizações de solo-cimento são citadas pelo American Concrete Institute (ACI,
2009), como por exemplo, a substituição de estacas por solo-cimento em um prédio comercial
de 38 andares na cidade de Tampa, na Flórida, em 1980. Outra incrível obra foi abaixo de
duas usinas nucleares em Koeberg, na África do Sul, com a substituição de uma camada de de
5,5 metros de areia com potencial de liquefação.
O método utilizado na mistura de solo com cimento é similar ao concreto, o que os
distingue é o agregado. No concreto, o agregado dispõe de uma granulometria grossa, e as
partículas de cimento envolvem o agregado ligando suas partículas, atribuindo, dessa forma,
grande resistência ao concreto. Já no solo-cimento, os grãos de solos finos envolvem as
partículas de cimento, gerando ligações menos resistentes. Neste caso, a quantidade de
cimento varia sobre o peso do solo o suficiente para estabilizá-lo, atingindo a resistência
desejada no composto (VENDRUSCOLO, 2003).
Qualquer solo, com exceção dos materiais altamente orgânicos, pode ser tratado e
melhorado com cimento. Ingles e Metcalf (1972) evidenciam que solos com alta plasticidade
exigem grandes quantidades de cimento e equipamentos misturadores bastante enérgicos,
enquanto os solos arenosos bem graduados e com plasticidade média/baixa, requerem baixos
teores de aditivo, sendo facilmente misturáveis e alcançando maiores resistências. A Tabela 1
mostra um indicativo do teor de cimento de acordo com o tipo de solo para estabilização.
22
Tabela 1 - Previsão da quantidade de cimento em função do tipo de solo
Tipo de solo % de cimento
Pedra finamente britada 0,5 a 2
Pedregulho areno-argiloso bem graduado 2 a 4
Areia bem graduada 2 a 4
Areia mal graduada 4 a 6
Argila-arenosa 4 a 6
Argila-siltosa 6 a 8
Argilas 8 a 15
Fonte: Adaptado pela autora com base em Ingles e Metcalf (1972).
As variáveis que controlam as características e propriedades da mistura solo-cimento
são: tipo de solo, teor de cimento na mistura, umidade e grau de compactação. De maneira
geral, a adição de cimento eleva a rigidez e a resistência, diminui a compressibilidade e altera
os limites de consistência. Em pavimentações, por exemplo, a NBR 12253 (ABNT, 1992) diz
que a resistência média à compressão deve ser igual ou superior a 2,1 MPa aos 7 dias de
idade.
Para que haja a estabilização com cimento, é necessário que existam reações de
hidratação e pozolânicas. Leon (2018) explica que a hidratação ocorre pela combinação de
sílica, cálcio (silicato tricálcico ( ) ou silicato dicálcico ( C2S )) e água , resultando 3SC O)(H2
na formação de silicato hidratado de cálcio, o , e um excedente de cal hidratada ( SHC
- hidróxido de cálcio), visto na Equação 1, ao qual sofre hidrólise (EQUAÇÃO 2) Ca(OH)2
e combina-se com sílica ou alumina, onde resulta na formação de ou (aluminato SHC AHC
hidratado de cálcio), conhecidas como reações secundárias (EQUAÇÕES 3 e 4). Conforme
descrito por Moh apud Vendruscolo (2003), as equações das reações de solo-cimento podem
ser representadas da seguinte forma:
Reações primárias:
Hidratação: (1) imento H O C S H Ca(OH) C + 2 → 3 2 x + 2
Hidrólise: (2) (OH) Ca(OH)2 → Ca++ + 2 −
Reações Secundárias:
(3) 2(OH) SiO CSH Ca++ + − + 2 →
(4) 2(OH) Al O CAH Ca++ + − + 2 3 →
23
As Equações 3 e 4 são chamadas de reações pozolânicas e acontecem de forma mais
lenta. Em solos granulares, a cimentação se dá por meio das reações primárias e, em solos
argilosos, por meio das reações secundárias (NUÑEZ, 1991).
Bell (1975) explica que a cimentação em solos granulares ocorre através dos produtos
gerados na hidratação e hidrólise do cimento, propiciando a junção dos grãos nos seus pontos
de contato, aumentando assim a resistência ao cisalhamento. Esse aumento real de resistência
dependerá da distribuição granulométrica, do baixo índice de vazios e do número de pontos
de contato entre os grãos.
Nas argilas, Ceratti e Casanova (1988) explicam que durante fase de hidratação e
hidrólise do cimento a cal é liberada, elevando o pH em aproximadamente 12 e diminuindo a
fase líquida. Após minutos se observa forte floculação. Na segunda fase acontece a formação
de substâncias cimentantes devido a presença de sílica e alumina na matriz do solo,
ocasionando a cimentação dos grãos de argila floculados nos pontos de contato, ou seja, há o
aumento da ligação entre as partículas gerando estabilidade ao conjunto.
Os solos granulares, quando misturados com cimento, respondem de forma satisfatória
à estabilização, enquanto que os solos argilosos reagem melhor com a cal. Essa reação com a
argila ocasiona a diminuição do pH, prejudicando a hidratação e, consequentemente, o
endurecimento do cimento. No momento em que o pH baixa, o composto reage S HC3 2 x
outra vez, formando e cal. Sendo responsável por grande parte da resistência CSH S HC3 2 x
da mistura, o surgimento de torna-se indesejável quando provido deste composto, CSH
sendo favorável somente quando originado das reações da cal com os argilominerais.
Portanto, na mistura solo-cimento, as reações hidratação do cimento são as mais importantes,
pois respondem pela grande parte da resistência final (SZELIGA, 2014).
2.2.1.2 Estabilização com cal
Solo estabilizado com cal, segundo o Departamento Nacional de Infraestrutura e
Transporte (DNIT, 2019), “é um material estabilizado proveniente da mistura de solo, cal e
24
água, em quantidades estabelecidas por processo de dosagem em laboratório, de maneira
que apresente determinadas características de resistência, durabilidade e deformabilidade”.
Essa técnica é considerada uma das mais antigas para se obter estabilidade em solos
instáveis. O uso da cal gera melhorias consideráveis na textura e na estrutura do solo,
aumentando a resistência mecânica e reduzindo a plasticidade. Aliás, o aumento da resistência
concebido na mistura solo-cal está associado ao seu mínimo potencial de deformação
(CRISTELO, 2001).
Sua utilização é constante em obras de pavimentação, controle de erosão, estabilização
de encostas e reforço de camadas superficiais de solo. Alguns relatos com a utilização de
sol-cal em pistas experimentais no Brasil é citado por Guimarães (2002): Rodovia
Cruz-Alta/Carazinho (BR-377/RS) – 2 trechos experimentais em solo argilo-arenoso e 4% de
cal cálcica; Rodovia Curitiba/ Porto Alegre – próximo ao km 10, no Estado do Paraná, com
1000 metros de extensão, usando de 3% e 7% de cal em um solo siltoso; Aeroporto de
Congonhas (São Paulo) – em uma área de 10.000 m² foi construída uma base de
solo-cal-agregado, com 6% de cal hidratada, onde o material apresentou resistência à
compressão simples de 1,5 MPa aos 28 dias; entre outros. Ainda, o autor cita que na Suécia,
Noruega e Finlândia são construídos mais de 260 mil metros por ano de colunas solo-cal,
sendo 40% em fundações de rodovias.
A cal é um produto químico aglomerante derivado de rochas carbonatadas
cálcio-magnesianas. O produto resultante da calcinação dos carbonatos de cálcio e de cálcio
magnésio, são, respectivamente, os óxidos de cálcio e o cálcio-magnésio CaO)(
, denominados, em geral, como cal viva ou cal virgem. A cal hidratada é CaO gO) ( −M
resultante da hidratação da cal viva. As reações de produção da cal viva e da cal hidratada,
respectivamente, são representadas pelas Equações 5 e 6 (GUIMARÃES, 2002):
(5) aCO CO CaCO3 → C + 2
(6) aO H O Ca(OH) calor C + 2 → 2 +
O produto obtido pela reação de hidratação mostrada acima, é chamada de cal cálcica.
Da calcinação do calcário dolomítico, obtém-se a cal dolomítica, composta por óxido de
cálcio e óxido de magnésio . Ainda, conforme Guimarães (2002), as cales CaO gO) ( −M
25
comercializadas no mercado brasileiro apresentam propriedades com valores médios
mostrados na Tabela 2.
Tabela 2 - Composição das cales brasileiras
Fonte: Adaptado pela autora com base em Guimarães (2002).
Com relação à cal de carbureto, utilizada nesta pesquisa, esta é obtida através da
reação entre o carbureto de cálcio e água , definida pela Equação 7 CaC )( 2 H O)( 2
(THOME,1994).
(7) 2H O C H Ca(OH) CaC2 + 2 → 2 2 + 2
O autor explica que desta reação é possível obter o gás acetileno , usado para H )(C2 2
o alcance de elevadas temperaturas por meio de sua queima, que é empregue em processos de
solda, corte de metais e processos produtivos que precisam de temperaturas elevadas. Além
da produção deste gás, ocorre a geração de um resíduo da composição básica, o hidróxido de
cálcio ), em forma aquosa, levado para tanques de decantação, seguindo para o Ca(OH)( 2
redutor de umidade. Saldanha (2014) explica que este resíduo é um potencial poluidor por
conta da sua alta alcalinidade, por isso, é descartado em aterros ou comercializados.
A cal carbureto possui algumas características que restringem o seu uso na construção
civil, como a sua granulometria mais grosseira e sua coloração levemente azulada. Para o
concreto armado, ela é extremamente corrosiva em contato com o aço. Apesar disso, a cal
26
apresenta maior pureza comparada à cal dolomítica, comercializada no Rio Grande do Sul
(THOMÉ, 1994)
As propriedades dos solos estabilizados com cal se assemelham às encontradas em
solos estabilizados com cimento, o que os diferem é o efeito do conteúdo aditivo, o tempo de
efeito e o efeito da temperatura. Na estabilização solo-cal, o ganho de resistência pode
continuar por um longo período se as condições de cura forem adequadas. Ainda assim, a cal
é um estabilizador bastante versátil (INGLES; METCALF, 1972).
Goularte e Pedreira (2009) explicam que na estabilização de solo-cal ocorrem diversos
tipos de reações químicas, evidenciando as reações pozolânicas (cimentação), de troca
catiônica e de floculação. As reações pozolânicas entre solo-cal dependem das características
do solo a ser estabilizado. Essas reações ocasionam a formação de compostos de cimentação,
que ajudam no acréscimo de resistência e durabilidade da mistura, que se desenvolvem a
longo prazo. Já as reações por troca catiônica e floculação ocasionam alterações instantâneas
na plasticidade e, em pequenas proporções, na resistência mecânica da mistura.
O fenômeno de troca catiônica ocorre pela substituição de cátions monovalentes por
multivalentes. A adição de determinadas quantidades de cal cria uma concentração de Ca++
livre que são capazes de substituir de forma permanente outros íons metálicos, que são
adsorvidos sobre a superfície coloidal através desse elemento (TRB, 1987).
Ainda, a Transportation Research Board (TRB,1987), explica que na presença de
água, a cal tende a reagir com a sílica e alumina presentes no solo, SiO )( 2 Al O )( 2 3
formando, dessa forma, muitos compostos cimentantes, como o (Silicato Hidratado de SHC
Cálcio) e (Aluminato Hidratado de Cálcio). Em solos específicos, as prováveis fontes AHC
de sílica e alumina podem compreender os argilo-minerais, micas, quartzo, feldspatos e
minerais silicosos ou alumino-silicosos, apresentando assim uma estrutura amorfa ou
cristalina.
USACE (1994), explica que a reatividade da cal é mais expressiva em solos com
média/alta plasticidade, a qual aumenta a resistência e a trabalhabilidade, e diminui a
expansão volumétrica. Em solos granulares que contém argila ativa com alta expansão, há
uma redução da capacidade de suporte, e no tratamento com a cal as suas propriedades podem
27
ser muito melhoradas. Em solos coesivos, a cal diminui a influência de água e reduz a
expansão, ampliando assim o seu campo de aplicação. Já em solos com pouca ou nenhuma
argila ou altamente orgânicos, a cal tem efeito reduzido (SENÇO, 2001; INGLES;
METCALF, 1972).
A Tabela 3 apresenta a porção sugerida de cal para cada tipo de solo, consideração sua
capacidade de suporte.
Tabela 3 - Previsão da quantidade de cal em função do tipo de solo
Tipo de Solo Cal para Modificação (%) Cal para Estabilização (%)
Pedra finamente britada 2 a 4 Não recomendado
Pedregulho argiloso bem graduado 1 a 3 ~ 3
Areias Não recomendado Não recomendado
Argila arenosa Não recomendado ~ 5
Argila siltosa 1 a 3 2 a 4
Argilas 1 a 3 3 a 8
Solos orgânicos Não recomendado Não recomendado
Fonte: Adaptado pela autora com base em Ingles e Metcalf (1972).
Em testes acerca de características mineralógicas, químicas e físicas dos solos tratados
e não tratados com cal, constatou-se que testes simples de pH podem determinar a quantia
necessária de cal na estabilização de um solo. Esse método funciona através da verificação de
diferentes porcentagens de cal, com intuito de elevar o pH da mistura solo-cal em 12,4,
mantendo esse valor constante até obter a porcentagem mínima de cal necessária para que
aconteçam as reações pozolânicas, ou seja, quando ocorre o aumento da solubilidade da sílica
e da alumina (EADES;GRIM, 1966).
Ainda assim, a cal não elimina a utilização simultânea de outros estabilizantes, ou
seja, além de ser usada previamente na melhora das características do solo, ela também
permite a recuperação desse solo na estabilização com outros aglomerantes. Por isso, para
saber o aditivo mais indicado na estabilização é necessário levar em consideração a
plasticidade e a granulometria do solo (USACE, 1994).
Craig e Knappett (2018) afirmam a importância de analisar a distribuição
granulométrica do solo, de modo a classificar e identificar o comportamento característico do
28
material, como a sua resistência. Os solos resistentes são os bem graduados, enquanto solos
finos e/ou com elevado índice de liquidez e plasticidade, estão dispostos a baixas resistências.
2.3 Materiais pozolânicos
Os materiais pozolânicos, segundo a A NBR 12653 (ABNT, 2015), são “ materiais
silicosos ou silicoaluminosos com pouca ou nenhuma atividade aglomerante quando
sozinhos, porém, ao serem finamente divididos e estando na presença da água, reagem com o
hidróxido de cálcio à temperatura ambiente, formando compostos com propriedades
aglomerantes ”.
Apesar de serem investigados há anos, esses materiais ainda não possuem uma regra
específica a ser seguida, pois, como se trata de um grupo de materiais heterogêneos, somente
pode-se afirmar que reagem com o hidróxido de cálcio e então adquirem propriedades
aglomerantes. Esses materiais possuem certas características que auxiliam durante a reação
com o hidróxido de cálcio, que são: a presença de sílica ou sílico-alumina amorfas, são
materiais finos e possuem alta superfície específica (MORAES, 2019).
Segundo a NBR 16697 (ABNT, 2018) as pozolanas, quanto a sua origem, são dividas
em dois grupos, podendo ser naturais ou artificiais. As naturais podem ser de origem
sedimentar ou vulcânica, com atividade pozolânica; e as artificiais, como subprodutos de
atividades industriais ou procedentes de tratamento térmico, com atividade pozolânica.
O material pozolânico de origem natural, com exceção da moagem, necessária para
aumentar a área de contato para as reações, isenta qualquer tipo de tratamento para apresentar
ou potencializar a sua pozolanicidade. Já nas pozolanas artificiais, frisando as que necessitam
de beneficiamento, são feitos tratamentos a temperaturas elevadas que influenciam na
cristalização do material, sendo que durante o resfriamento essas fases cristalinas são
transformadas em amorfas, fornecendo reatividade ao material. O dióxido de silício SiO )( 2
existente nos materiais pozolânicos, contém fases polimórficas (mais de uma estrutura
cristalina) como quartzo, tridimita, cristobalita, entre outras. Os materiais que possuem
29
estrutura desordenada (amorfa), são os que contém maior reatividade, em comparação com os
de estrutura cristalina (CORDEIRO, 2006).
A NBR 12653 (ABNT, 2015) classifica os materiais pozolânicos quanto a sua origem,
por meio de três classes, apresentadas da seguinte forma:
a) classe N: Pozolanas de origem natural ou artificial, materiais vulcânicos,
argilas calcinadas e terras diatomáceas;
b) classe C: Pozolana gerada através da combustão de carvão mineral oriundo
de usinas termoelétricas;
c) classe E: Pozolanas não enquadradas nas classes anteriores.
Ainda, a norma estabelece que o material pozolânico deve estar em conformidade com
alguns requisitos físicos, conforme apresentado na Tabela 4. Os materiais estudados passam
pelos ensaios de resistência mecânica e caracterização física, e esses requisitos são exigências
a serem satisfeitas.
Tabela 4 - Requisitos Físicos dos Materiais Pozolânicos
Propriedades
Classe do material pozolânico
N C E
Material retido na peneira com
abertura de malha de 45 μm ≤ 20% ≤ 20% ≤ 20%
Índice de atividade pozolânica
- Com cimento aos 28 dias em
relação ao controle ≥ 90% ≥ 90% ≥ 90%
- Com a cal aos 7 dias ≥ 6 MPa ≥ 6 MPa ≥ 6 MPa
Fonte: Adaptado pela autora com base na NBR 12653 (ABNT, 2014).
A Tabela 5 exibe um comparativo na composição química elementar de algumas
adições pozolânicas conhecidas, tendo como característica em comum o alto teor de . A SiO2
utilização dessas adições pode reduzir o custo do produto final em aplicações na engenharia
civil.
30
Tabela 5 - Análise química de materiais pozolânicos conhecidos
Composição Química
(%)
Amostras
Cinza de Casca
de Arroz Metacaulim Sílica Ativa Cinza
Volante
SiO 2 88,94 45,86 92,49 57,80
K 2 O 4,18 - 2,76 3,00
Fe 2 O 3 0,11 3,90 0,13 6,20
CaO 1,10 0,14 0,51 1,60
Al 2 O 3 2,42 46,05 1,91 26,30
P 2 O 3 0,24 - - 0,10
TiO 2 - 2,22 - 1,30
SO 2 2,08 1,69 2,08 0,30
MgO - - - 0,80
ZnO 0,01 0,01 0,02 0,09
MnO 0,88 0,01 0,07 0,09
CuO 0,02 0,01 0,02 -
Rb 2 O 0,02 0,01 0,01 0,10
Tm 2 O 3 0,00 - - -
SrO - 0,01 - 0,10
Fonte: Adaptado pela autora com base em Raisdorfer (2015).
A propriedade cimentícia dos materiais pozolânicos se desenvolve na presença de cal,
conforme as Equações 8, 9 10 e 11. As abreviações dos elementos químicos presentes nos
produtos formados conforme a convenção, são: C = ; S = ; A = ; e H = OCa SiO2 OAl2 3
(MINNICK, 1967): OH2
(8) Ca(OH) → xCaO. ySiO . zH O SiO2 + 2
H O2 → 2 2
(9) O → xCaO. yAl O . zH O Al2 3 + Ca(OH)2
H O2 → 2 3 2
(10) iO O → CaO. yAl O . zSiO . wH O S 2 + Al2 3 + Ca(OH)2
H O2 → x 2 3 2 2
(11) O → CaO. yAl O . zCaSO H O Ca(OH)2 + SO3
2− + Al2 3
H O2 → x 2 3 4 + w 2
Essas equações decorrem da composição do material pozolânico, sendo assim, se for
silicoso, ocorre a primeira reação (EQUAÇÃO 8), porém, se for sílico-aluminoso, ocorrem as
três primeiras (EQUAÇÕES 8, 9 e 10). Dessa forma, a sílica é o componente mais importante
nos materiais pozolânicos, evidenciando assim a Equação 8, que pode ser reescrita conforme
mostra a Equação 12 (MEHTA, 1987):
31
(Reação pozolânica) (12) H S→ SH C + H O2 → C
A sílica amorfa é a mais importante fase ativa das pozolanas e, quando em contato
com água, na temperatura ambiente, solubiliza em meio alcalino e reage com íons , Ca++
formando assim o silicato de cálcio hidratado . O formado é similar ao CSH)( SHC SHC
produzido nas reações de solo-cimento (ver Equações 1, 2, 3 e 4) e as mesmas reações obtidas
em solo-cal. Os materiais pozolânicos, na presença do cimento, desenvolvem potenciais
propriedades aglomerantes (BAUER, 1993).
Vieira (2005), explica que para ocorrer a reação entre os materiais pozolânicos e a cal,
formando compostos aglomerantes, o silício e o alumínio devem estar em baixo grau
cristalino, atomicamente desordenadas. Por isso, quanto maior for o arranjo estrutural e sua
instabilidade em meio básico, mais intensa será a reação pozolânica.
Existem dois importantes fatores na reatividade pozolânica: a parcela de hidróxido de
cálcio combinado e os fatores que induzem à velocidade de combinação, sendo que a CH)(
quantidade de combinado depende da quantidade e natureza das fases ativas, da HC
quantidade de sílica amorfa e da ligação hidróxido de cálcio - pozolana na mistura. A
velocidade de combinação está relacionada à área superficial específica (LANA, 2017).
Segundo Thashima (2006), quando a temperatura de combustão do produto da cinza
ultrapassa o recomendado, é obtida uma cinza parcialmente cristalina e, consequentemente, há
uma diminuição da atividade pozolânica, sendo que a medida que aumenta essa temperatura,
maior é a presença das fases cristalinas. Outro fato relevante é em relação ao tempo de
queima, onde tempos muito longos também resultam em cinzas com caráter cristalino.
Na estabilização de um solo, a ligação entre a pozolana (como exemplo, cinza
volante, cinza de casca de arroz e/ou pó de vidro moído) e o hidróxido de cálcio, irá melhorar
as características mecânicas deste por meio da formação de uma matriz cimentícia
(MASSAZA, 2004).
A cinza volante, oriundo da combustão de carvão granulado ou pulverizado, segundo a
NBR 12653 (ABNT, 2015), quando finamente dividido, possui significativa quantidade de
sílica e alumina na sua composição, visto na Tabela 5, e seu emprego como material
32
estabilizante aumenta de forma exponencial a resistência dos solos, reduzindo o teor de
umidade ótima e o número de vazios (OTOKO, 2014).
Na cinza da casca de arroz (CCA), segundo Thashima (2006), composta basicamente
por sílica, sua atividade pozolânica está totalmente relacionada ao processo de combustão da
casca de arroz (CA). Este material é considerado, pelos pesquisadores, uma fonte alternativa
no alcance de sílica amorfa e de elevado grau de reatividade. Behak (2007), explica que as
reações desenvolvidas entre a cinza da casca de arroz e a cal, bem como seus efeitos físicos
sobre o solo, são semelhantes aos ocorridos entre a cal e os argilominerais dos solos argilosos.
As vantagens do uso de CCA ao solo estão associadas às melhorias das propriedades
mecânicas e físicas do mesmo.
Em pesquisas com o vidro moído (VM), Kohlrauchs (2018) encontrou um material
altamente silicoso, e sua adição em solos apontou um aumento no ganho de resistência
conforme a porcentagem de vidro moído adicionada. Em um solo argiloso, Castro et. al.
(2019) relatam que houve melhoras nas propriedades físicas e químicas, uma vez que houve a
diminuição da plasticidade do solo e o aumento significativo da densidade e da resistência ao
cisalhamento, fazendo do vidro moído uma alternativa para estabilização granulométrica,
enquanto contempla às questões ambientais. Consoli et. al. (2018) utilizou vidro moído e cal
de carbureto para estabilização de uma areia de Osório, e afirmam que, ao serem misturados e
compactados, podem ser usados como base e sub-base de pavimento, entre outras obras de
terraplenagem.
2.4 Cinza da folha de bambu (CFB)
O bambu é considerado um recurso natural com inúmeras finalidades e de rápido
crescimento. Ele é bastante usado como produto alimentício e em diversas aplicações na
construção civil. Algumas partes desta planta são inutilizadas e por isso são descartadas,
sendo uma delas a sua folha. Com fins de descarte, essa folha é queimada em aterros, gerando
a cinza da folha de bambu, considerada um material sem finalidade adequada, tornando-a uma
fonte poluente (SCURLOCK; DAYTON; HAMES, 2000).
33
Entretanto, pesquisas como a de Villar-Cociña et al. (2010) vêm sendo realizadas com
intuito de tornar esse resíduo das folhas uma alternativa sustentável. A fim de caracterizar
essa cinza, o autor realizou a queima das folhas em uma mufla, a uma temperatura de
calcinação de 600 ºC durante o período de 2 horas, e após a queima, fez a composição
química da cinza através da técnica de fluorescência de raio-X (FRX), revelando uma taxa de
80,4% sílica . Na composição mineralógica, realizada através do difratômetro de (SiO ) 2
raio-X (DRX), a cinza mostrou uma natureza fortemente amorfa, não sendo detectada a
presença de minerais cristalinos. Ainda, a forma da cinza da folha de bambu mostrou-se
semelhante a da sílica ativa, usada normalmente na fabricação de concretos de alto
desempenho.
Ainda, Villar-Cociña et al. (2016) utilizou diferentes temperaturas de calcinação para
avaliar suas influências nas propriedades pozolânicas da CFB. A produção de cinzas foi
através da mufla à uma temperatura de 500ºC, 600ºC e 700ºC, por um tempo de 2 horas, e
uma taxa de aquecimento de 10ºC/min, avaliadas posteriormente através de condutividade
elétrica e aplicação de modelos matemáticos para determinar os parâmetros cinéticos. O
resultado foi que a cinza calcinada à temperatura de 500ºC foi a que apresentou maior
reatividades, seguido pela cinza calcinada a 600ºC e 700ºC.
Outra pesquisa feita por Moraes (2019), utilizou um forno sem temperatura controlada
para produzir a cinza da folha de bambu, sendo monitorada apenas por sensores de
temperatura (termopares), desenvolvido pelo grupo de pesquisa MAC - Materiais Alternativos
de Construção. O resultados das análises da cinza revelaram seu alto teor de sílica (74,23%),
sendo 92,33% desse óxido uma sílica amorfa, e uma perda ao fogo de 11,34% de matéria
orgânica. Neste caso, a cinza apresentou picos de quartzo em 7,67% de sílica cristalina em
relação a sílica total, devido à contaminação do solo no material, devido sua coleta ser
diretamente do chão.
A produção da cinza para Frías et al. (2012) foi semelhante a de Villar-Cociña et al.
(2010) , sendo obtida através de queima controlada em forno elétrico a 600°C, apresentando
um teor de sílica de 78,7% e uma natureza amorfa. Para avaliar sua atividade pozolânica, o
autor usou o método de aceleração químico, que consiste em colocar 1 grama de cinza da
folha de bambu em uma solução de cal saturada (75 mL), a 40 ºC, por 1, 7, 28, 90 e 360 dias,
34
analisando a concentração de ao final de cada período. A concentração de CaO (mmol/l) aOC
foi obtida a partir da diferença entre a concentração da solução controle de cal saturada (17,68
mmol/l) e a concentração de CaO na solução que continha a amostra de cinza.
A CFB consumiu, em 6 horas, 50% dessa cal, e em 3 dias, 90%. Após esse período ela
se estabilizou, mostrando uma elevada reatividade nas primeiras 24 horas, comparando-se a
outras pozolanas altamente reativas, dentre elas, a sílica ativa.
35
3 MATERIAL E MÉTODOS
Neste capítulo são apresentados os materiais utilizados para esta pesquisa, enfatizando
suas características e os métodos de caracterização empregados para os mesmos. Também, é
descrito o programa experimental, com definições quanto ao método de dosagem e os ensaios
para avaliar as amostras moldadas em laboratório.
3.1 Materiais
Nesta pesquisa, os materiais utilizados - areia de Osório, cinza da folha de bambu
(CFB) e cal de carbureto - foram caracterizados através de ensaios específicos detalhados ao
longo deste capítulo, a fim de registrar dados importantes para conhecimento desta e de
futuras pesquisas. Em principal, a análise característica da cinza da folha de bambu avaliou
seu nível de reatividade, determinante para reconhecê-la como um material pozolânico.
3.1.1 Areia de Osório
O solo escolhido para este trabalho é uma areia fina proveniente do município de
Osório-RS-Brasil. Conforme seu âmbito geológico, esta areia, oriunda do sistema lagunar
Barreira III, com extensão de Torres ao Chuí, conforme apresentado na Figura 1, possui uma
caracterização quartzosa, fina, clara e bem selecionada. Esse solo se correlaciona aos
depósitos de arenosos marinhos referidos em outros pontos do litoral brasileiro e em regiões
costeiras pelo mundo (TOMAZELLI; WILLWOCK, 2000). A Figura 2 apresenta a
36
microscopia ótica da areia de Osório. Na análise é possível visualizar o formato arredondado
dos grãos, de tamanho uniforme e rugosidade moderada.
Figura 1: Localização do município de Osório e mapa geológico simplificado da Planície
Costeira do Rio Grande do Sul
Fonte: Tomazelli; Villwock (2000).
Figura 2: Microscopia da areia de Osório - escala 200 𝝻m e 500 𝝻m
a) b)
Fonte: Leon (2018).
37
3.1.2 Cinza da folha de bambu
A cinza da folha de bambu é um material fino, produzido através da queima das
referidas folhas em temperatura e tempo controlados. As folhas utilizadas para a produção da
cinza foram colhidas no campus da Universidade do Vale do Taquari - Univates, na cidade de
Lajeado, Rio Grande do Sul, conforme mostrado na Figura 3.
Figura 3 - Folhas de bambu secas
Fonte: da autora (2020).
3.1.2.1 Produção da cinza da folha de bambu (CFB)
Após colhidas, as folhas foram colocadas na estufa (em 115 ºC) por um determinado
tempo (entre 15 e 20 minutos) para que houvesse eliminação total da umidade ainda presente.
Depois de secas, essas folhas foram trituradas em liquidificadores e armazenadas. A Figura 4
mostra as folhas na condição de trituradas.
Para cada queima, utilizou-se a quantidade de 125 gramas de folha triturada. A
temperatura de calcinação em 500 ºC, por um período de 3 horas, foram definidos através do
ensaio de termogravimetria, conforme explicado no ítem 3.2.6. As folhas trituradas foram
inseridas na mufla, modelo JUNG 96.120, localizada no Laboratório da Engenharia Mecânica
da Univates, conforme visto na Figura 5. Para acomodação das folhas trituradas, optou-se
pelo uso de tijolos refratários devido a sua resistência a altas temperaturas e para manter a
38
cinza isolada de possíveis contaminações por fragmentos de outros materiais que a mufla
pudesse conter.
Figura 4 - Folhas de bambu trituradas
Fonte: da autora (2020).
Figura 5 - Preparação da mufla com as folhas trituradas
Fonte: da autora (2020).
A mufla foi programada para estabilizar na temperatura solicitada, com velocidade
de aquecimento de 10°C /min, e desligar-se assim que o tempo determinado fosse esgotado.
Assim que ocorreu a interrupção do processo, a mufla foi imediatamente aberta para que a
cinza sofresse choque térmico, a fim de que, de fato, ela criasse uma condição amorfa. A
Figura 6 mostra a cinza logo após a queima. Caso a mufla não seja aberta de imediato, a cinza
pode continuar queimando devido à alta temperatura, podendo levar à cristalização e a perda
39
das propriedades requeridas. Nessas condições, a cinza fica escurecida, conforme mostra a
Figura 7 e, dessa forma, o lote fica inapto para sua utilização, por isso deve ser descartado.
Vale lembrar que existem muflas de variados tamanhos e a quantidade de folha
triturada a ser colocada nela irá depender dessa capacidade. De certa forma, para que haja
uma queima uniforme e completa, as folhas precisam ser dispostas em camadas bem finas.
Figura 6 - Cinza da folha de bambu em seu estado natural
Fonte: da autora (2020).
Figura 7 - Cinza inapta devido ao excesso de queima
Fonte: da autora (2020).
40
3.1.2.2 Beneficiamento da cinza da folha de bambu
Obtida a cinza, fez-se necessária a sua moagem, e para isso foi utilizado o moinho de
bolas, conforme mostra a Figura 8. Esse equipamento cilíndrico horizontal é movido a motor
em baixa velocidade. Enquanto gira, ocorre o cascateamente das esferas que atritam com o
material inserido, e as ações de cisalhamento e choque ocasionam a redução da granulometria
do material. Então, para a moagem da cinza da folha de bambu, foram utilizadas 600 gramas
do material natural e 6 kg de bolas, em 10.000 voltas a uma frequência de 90 hertz.
Figura 8 - Moinho de bolas
Fonte: da autora (2020).
Depois de moída, a cinza foi peneirada na peneira nº 200 (0,075 mm), conforme
mostra a Figura 9, a fim de separar as impurezas e os grãos maiores ainda existentes,
sobrando assim o material fino passante (FIGURA 10). Por fim, a cinza foi pesada e
armazenada em local seco e livre de impurezas, estando assim pronta para ser utilizada.
41
Figura 9 - Processo de peneiramento da cinza da folha de bambu
Fonte: da autora (2020).
Figura 10 - Cinza da folha de bambu pronta
Fonte: da autora (2020).
3.1.3 Cal de carbureto
A cal de carbureto utilizada neste estudo é um resíduo proveniente do processo
produtivo do gás acetileno de uma indústria localizada em Sapucaia do Sul-RS. Scheuermann
Filho (2019) explica que essa cal possui características químicas e físicas favoráveis, podendo
42
ser, de fato, reciclada e empregada na engenharia geotécnica, visando a estabilização de solos.
A Figura 11 mostra o aspecto físico da cal de carbureto.
Segundo Saldanha (2014) essa cal apresenta uma boa afinidade com silicatos e
aluminatos no desenvolvimento das reações pozolânicas. Dessa forma, é esperado que, em
conjunto com a cinza da folha de bambu, essa cal desenvolva resistências significativas ao
final deste estudo.
Figura 11 - Cal de carbureto
Fonte: da autora (2020).
3.2 Caracterização dos materiais
Neste item são apresentados os ensaios de caracterização da areia de Osório, da cinza
da folha de bambu e da cal de carbureto. O Quadro 2 apresenta os ensaios determinados para
cada material. Na sequência, esses métodos são descritos, mostrando ao final de cada um os
resultados obtidos para os respectivos materiais.
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Quadro 2 - Ensaios de caracterização dos materiais
Tipo de Ensaio Material Norma
Granulometria
Areia de Osório
● Peneiramento e sedimentação -
NBR 7181 (ABNT, 2016)
● Difração à laser
Cinza da folha de bambu Difração à laser
Cal de carbureto Difração à laser
Classificação do solo Areia de Osório
AASHTO - D3282-15 (ASTM, 2015)
SUCS - D2487-17 (ASTM, 2017)
índice de vazios
(emín / emáx) Areia de Osório emín → NBR 16843 (ABNT, 2020)
emáx→ NBR 16840 (ABNT, 2020)
Massa específica
Areia de Osório NBR 6458 (ABNT, 2016)
Cinza da folha de bambu NBR 16605 (ABNT, 2017)
Cal de carbureto NBR 16605 (ABNT, 2017)
Termogravimetria (TGA e DTG) Cinza da folha de bambu -
Área específica (BET)
Cinza da folha de bambu -
Cal de carbureto -
Fluorescência de raios-X (FRX)
Cinza da folha de bambu -
Cal de carbureto -
Difração de raios-X (DRX)
Cinza da folha de bambu -
Cal de carbureto -
Classificação pozolânica Cinza da folha de bambu NBR 12653 (ABNT, 2014)
Método Chapelle modificado Cinza da folha de bambu NBR 15895 (ABNT, 2010)
Fonte: da autora (2020).
3.2.1 Análise granulométrica por peneiramento e sedimentação
O ensaio de granulometria é padronizado pela NBR 7181 (ABNT, 2016c), e estabelece o
método para análise granulométrica de solos, realizada por peneiramento ou por uma combinação de
sedimentação e peneiramento, como é o caso da areia estudada. A amostra foi preparada de acordo
com a NBR 6457 (ABNT, 2016a). Inicialmente, realizou-se o ensaio de sedimentação,
utilizando-se 120 gramas do material passado na peneira de 2,0 mm. Para o ensaio de
peneiramento fino, o material precisou ser lavado na peneira de 0,075 mm, e após, secado na
estufa por 24 horas para então realizar o ensaio. A Figura 12 mostra os ensaios de
sedimentação e peneiramento. A Figura 13 mostra o resultado da curva granulométrica da
areia de Osório, demonstrando que a mesma é uma areia de granulometria fina (95,98 %).
44
Figura 12 - Ensaio de sedimentação e peneiramento fino da areia de Osório
Fonte: da autora (2020)
Figura 13 - Curva de sedimentação e peneiramento fino da areia de Osório
Fonte: da autora (2020).
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3.2.2 Análise granulométrica a laser
O ensaio de granulometria, realizado pela distribuição de tamanho de partícula por
difração de LASER ( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ), utiliza um
aparelho de alta resolução que viabiliza avaliar tamanhos de partículas menores do que
permite o método por peneiramento, o que justificativa sua utilização nesta pesquisa, pois os
grãos da cal de carbureto e da cinza da folha de bambu são bastante finos .
Optou-se, também, por usar o método para a areia, a fim de averiguar se há grande
diferença comparado ao resultado obtido no ensaio de granulometria por sedimentação e
peneiramento fino. Os dados do equipamento são: Analisador CILAS, Particle Size Analyser,
modelo CILAS 1180 Liquid (CILAS, Orleans, França). Faixa de análise: 0,04 µm a 2500 µm,
estando disponibilizado no Laboratório de Materiais Cerâmicos (LACER), Escola de
Engenharia de Materiais – UFRGS).
As curvas de distribuição granulométrica da areia, da cal e da cinza são apresentadas
na Figura 14. A partir da análise, determinou-se a granulometria dos materiais, conforme
mostrado na Tabela 6, que define a areia de Osório como uma areia de granulometria fina
(96,20%) , a cinza da folha de bambu como um material siltoso (72%) , e a cal de carbureto
também como um material siltoso (64%).
Tabela 6 - Análise granulométrica dos materiais
Característica Areia de Osório Cinza da folha de bambu Cal de carbureto
% Argila ( d <0,005 mm) 1,80 9,00 18,00
% Silte (0,005< d <0,05 mm) 2,00 72,00 64,00
% de Areia fina (0,05< d <0,42 mm) 96,20 19,00 17,40
% de Areia média (0,42< d <2 mm) - - 0,40
% de Areia grossa (2< d <4,8 mm) - - 0,20
Fonte: da autora (2020).
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Figura 14 - Curvas granulométricas dos materiais pelo ensaio de difração à laser
Fonte: da autora (2020).
A comparação entre os ensaios de granulometria por peneiramento e a laser, para a
areia de Osório, é analisada no gráfico da Figura 15. As mínimas divergências dos resultados
ocorrem devido a precisão dos métodos. Assim, se conclui que a areia de Osório possui uma
granulometria fina, em torno de 96,00 %.
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Figura 15 - Curvas granulométricas da areia de Osório, métodos por peneiramento e à laser
Fonte: da autora (2020).
3.2.3 Classificação do solo (AASHTO e SUCS)
A composição granulométrica dos solos pode apresentar variados níveis de partículas
dos grãos. Sendo assim, para classificá-los, é comumente utilizado o sistema de classificação
americano, o American Association of State Highway and Transportation Officials
(AASHTO), através da norma americana D3282 (ASTM, 2015). O estudo é baseado na
granulometria do solo, através da curva granulométrica e, seguindo as etapas da Tabela 7, é
possível definir a classificação do solo. Portanto, o resultado de classificação do solo, de
acordo com as análises apresentadas, pôde ser classificado como A-3 pelo Sistema
Rodoviário de Classificação (ASTM, 2015).
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Tabela 7 - Classificação dos solos - AASHTO
Fonte: Adaptado pela autora com base na D2487-17 (ASTM, 2017a).
Ainda, outro sistema muito utilizado para classificar um solo é o Sistema Unificado de
Classificação de Solos (SUCS), versão desenvolvida pela American Society For Testing and
Materials (ASTM). Com base na granulometria obtida através da curva, foi identificada a
fração granulométrica predominante. Através da norma americana D2487 (ASTM, 2017a) –
SUCS, identificou-se o solo pelo conjunto de duas letras, conforme apresentado no Quadro 3.
Após identificar o solo (neste estudo, como uma areia - S), definiu-se a característica
secundária. A classificação do solo pelo método SUCS é definida a partir da Tabela 8.
Quadro 3 - Classificação dos solos - SUCS
Característica
principal
G Pedregulho
Característica
secundária
W Bem graduado
S Areia P Mal graduado
M Silte H Alta compressibilidade
C Argila L Baixa compressibilidade
O Solo orgânico
Pt Turfas
Fonte: Adaptado pela autora com base em Pinto (2006).
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Tabela 8 - Classificação do solo - SUCS
Fonte: Adaptado pela autora com base em Pinto (2006).
Portanto, o resultado de classificação do solo pelo Sistema Unificado de Classificação
dos Solos (ASTM, 2017a) de acordo com as análises apresentadas, é de uma areia SP,
podendo ser chamada de areia fina mal graduada.
3.2.4 Índice de vazios mínimo e máximo
Para a determinação dos índices de vazios, utilizou-se como base as normas brasileiras
NBR 16843 (ABNT, 2020b) para índice de vazios mínimo de solos não-coesivos e a NBR
16840 (ABNT, 2020a) para índice de vazios máximo de solos não-coesivos. Para a areia de
Osório, foram determinados os valores de 0,60 para o índice de vazios mínimo, e 0,90 para