Efeitos da cal e do cimento na modificação dos solos para fins rodoviários: mecanismos de reação, parâmetros de caracterização geotécnica e resistência mecânica

Abstract

Nessa pesquisa, avaliou-se o emprego de pequenos teores de cal hidratada e de cimento Portland na estabilização química de dois solos residuais de gnaisse da Zona da Mata Norte de Minas Gerais, Brasil, com vistas a aplicações em estradas. O estudo abrangeu os seguintes tópicos: (i) caracterização tecnológica dos solos e misturas, envolvendo ensaios de caracterização (granulometria e limites de Atterberg) dos solos melhorados com cimento e com cal, considerando-se diferentes teores de estabilizantes e períodos de cura; (ii) determinação dos parâmetros de compactação (wot e γdmáx) e de resistência à compressão não-confinada; (iii) estudo da influência de natureza química e mineralógica na resposta mecânica dos solos, considerando-se mecanismos de reação das misturas solo-cal e solocimento via a determinação de parâmetros químicos (pH, CTC, SB, V, etc) e mineralógicos (produtos amorfos e cristalinos) dos solos e misturas; (iv) efeito dos aditivos nos solos, considerando-se a avaliação da influência do período decorrido entre mistura e a realização dos ensaios de caracterização, compactação e de resistência mecânica, buscando-se representar condições de execução no campo. Os resultados obtidos no presente estudo levaram às seguintes conclusões: (i) os baixos teores de cal e cimento utilizados nas misturas provocaram variações pouco significativas nos parâmetros de caracterização geotécnica dos solos, sendo estes, também, pouco influenciados pelo tempo decorrido entre mistura e realização dos ensaios; (ii) os parâmetros de compactação das misturas não mostraram variações significativas e apresentaram comportamentos oscilantes com os tempos entre mistura e compactação; (iii) as análises químicas mostraram que o pH, CTC e SB e íons cálcio sofreram incrementos com o aumento dos teores de cal e cimento avaliados; (iv) os aumentos na CTC foram responsáveis pelas modificações nos parâmetros IP, constituição granulométrica, γdmax e nos valores de pH dos solos, bem como pela dissolução dos minerais de sílica e alumina da fração argila do solo; (v) a adição dos estabilizantes aos solos produziu aumentos nas suas resistência à compressão não-confinada associados, na maioria das vezes, à formação de produtos amorfos, sendo que onde se observou a formação de novos minerais, tais como Rankinita e Grossular, se obtiveram maiores taxas de aumento na resistência mecânica.

This research addresses the application of low amounts of lime and Portland cement in the stabilization of two gneiss residual soils from the Zona da Mata Norte of Minas Gerais state, Brazil, for road engineering applications. The study encompassed the following topics: (i) technological characterization of soils and theirs mixtures, involving geotechnical characterization tests (grain size distribution and Atterberg limits) using different amounts of stabilizers and curing times; (ii) determination of the compaction optimum parameters (wot e γdmax ) and unconfined compression strength; (iii) study of the influence of the chemical and mineralogical properties in the soils mechanical strength considering soil-stabilizers reaction mechanisms via the determination of chemical (pH, CEC, SB, V, etc) and mineralogical (amorphous and crystalline products) soils and mixtures parameters; (iv) effects of the addition of the stabilizers to soils considering the evaluation of the effect of the time between mixture and testing in the geotechnical characterization, compaction and mechanical strength parameters of soils in to order to reproduce field conditions. The analysis of the testing date program supports that: (i) the low amounts of stabilizers used produced small variations, as well as it was observed little influence of the time between mixture and testing in the tested soils parameters (geotechnical characterization and mechanical strength); (ii) addition of the stabilizers did not produce significant variation in the soils optimum compaction parameters, and it was not observed a defined trend behavior in the influence of time between mixture and compacting on them; (iii) the chemical analyses testing data showed increase in pH, CTC and SB and calcium ions with the used stabilizers amounts; (iv) increases in the CTC were responsible for modifications of the soils PI, grain size distribution, γdmax, and increases of pH produced dissolution of silica and alumina from soils clay fractions; (v) addition of stabilizers to soils resulted in increases in theirs unconfined compression strength that could be associated to amorphous products formation, as well as new products formation were responsible for higher mechanical strength increase rates.