Estabilização do solo para estradas com cal ou cimento Qual é o melhor método?

Nas obras de infra-estruturas de transportes, em que os requisitos de qualidade são mais elevados devido às cargas de tráfego mais elevadas, é aconselhável utilizar o máximo possível dos solos presentes no local. No entanto, os solos nem sempre têm as características e a resistência mecânica correctas. Felizmente, hoje em dia existem diferentes técnicas de estabilização de solos com o objetivo de reduzir a sua sensibilidade à água e aumentar a sua resistência à deformação sob cargas.

Os ligantes mais utilizados são os cimentos com adições e o óxido de cal. Ambos podem ser utilizados em pó ou em pasta. São misturados com o solo, compactados vigorosamente e curados.

Vamos agora ver quais os tratamentos que funcionam melhor em função das características do solo, bem como os factores que afectam cada tipo de estabilização e as suas vantagens e desvantagens:

Estabilização do solo com cal vs. cimento

No caso do estabilização de solos rodoviários com cal O principal objetivo é aumentar a capacidade de suporte para atingir a pressão de contacto máxima, de modo a evitar a rutura do solo e reduzir a sensibilidade à água e a outras condições ambientais desfavoráveis e, em muitos casos, aumentar a resistência mecânica.

Se a fração granular do solo for elevada, uma percentagem moderada de ligante é suficiente para obter um material estável capaz de resistir a deformações a longo prazo causadas pelo tráfego.

Para estabilizar um solo, o cimento será utilizado como aglutinante se o solo não for muito plástico, enquanto que se for fino e coeso, deve ser utilizado o óxido de cal, embora por vezes possa ser adequado um tratamento misto, primeiro com cal para reduzir a plasticidade e depois com cimento para aumentar a capacidade de suporte ou para obter resistência.

Neste caso, o contributo estrutural de uma camada estabilizada é notável, pelo que é maioritariamente utilizada em zonas niveladas de infra-estruturas que suportam tráfego pesado. Por outro lado, os solos granulares com finos e plasticidade limitados são excelentes materiais para a construção de camadas de solo-cimento em pavimentos semi-rígidos.

Estabilização do solo para estradas com cal

O estabilização de solos rodoviários com cal é utilizado para desenvolver uma resistência permanente a longo prazo em solos de grão fino com elevado teor de cal e argila. A estabilização com cal e pozolanas, que ocorrem naturalmente em solos argilosos, cria ligações cimentícias que reforçam permanentemente um solo. Os pozolanos, como a sílica e a alumina, reagem com o cálcio, fornecido pela cal, e com a água para formar hidratos de silicato de cálcio (C-S-H) e de aluminato de cálcio (C-A-H). O C-S-H e o C-A-H são os mesmos produtos responsáveis pela resistência de materiais como o betão.

Que cal é utilizada na estabilização de solos rodoviários?

A cal viva ou cal hidratada é utilizada para a estabilização dos solos. Quimicamente, a cal viva é óxido de cálcio (CaO) e a cal hidratada é hidróxido de cálcio (Ca(OH)₂).

A cal viva pode ser de dois tipos: com alto teor de cálcio e dolomítica. A cal viva com alto teor de cálcio é quase inteiramente constituída por óxido de cálcio (CaO), enquanto a cal viva dolomítica contém uma parte de óxido de magnésio juntamente com óxido de cálcio. Embora algumas aplicações industriais, como o aço, exijam o componente de magnésio para determinados processos, para efeitos de construção, a cal viva e a cal dolomítica são praticamente indistinguíveis.

A cal hidratada é cal viva que foi cuidadosamente hidratada com a quantidade certa de água e agitação para produzir um produto muito fino e de elevada pureza. A cal hidratada pode ainda fornecer o cálcio que é essencial para estabilizar certos solos através da formação de ligações cimentícias. No entanto, uma vez que o material já foi hidratado, minimiza grande parte da sua capacidade de secagem que é desejada em trabalhos húmidos. Além disso, a cal hidratada só está disponível em algumas áreas e o seu processamento tem um custo adicional.

A poeira do forno de cal é obtida como um subproduto durante o processo de fabrico de cal viva. Consiste em partículas finas que são capturadas no filtro de sacos de uma fábrica de cal. Estas partículas são cal dolomítica ou com elevado teor de cálcio e pozolanas provenientes do combustível utilizado para queimar o forno de cal. Ao conter cal e pozolanas, o pó do forno de cal é um híbrido entre cal e cimento. Como mencionado acima, a cal funciona muito bem com solos de grão fino, enquanto o cimento funciona muito bem com solos de grão mais grosso. O pó de forno de cal preenche a lacuna entre os dois.

Factores que afectam a estabilização e a mecânica dos solos com cal

Os seguintes factores afectam o processo de estabilização de solos rodoviários com cal:

• Tipo de soloA estabilização com cal é útil para a estabilização de solos argilosos, mas não é eficaz para solos arenosos.
• Quantidade de calA quantidade de cal necessária para a estabilização varia entre 2 e 10% do solo.
• Relação entre cinzas volantes e calA relação entre a cinza volante e a cal varia geralmente entre 3 e 5. A cinza volante utilizada é de 10 a 20% do peso do solo.
• Diferentes tipos de calA cal rápida é mais eficaz, mas por razões de segurança e facilidade de manuseamento, a cal hidratada é frequentemente utilizada.

Vantagens e desvantagens da estabilização de solos rodoviários com cal

Algumas das vantagens da estabilização do solo com cal são as seguintes

• O solo torna-se mais manejável.
• Em geral, a resistência é melhorada.
• A estabilização com cal aumenta a resistência à compressão, por vezes até 60 vezes.
• É eficaz para os solos.

A estabilização com cal tem também algumas desvantagens, que são as seguintes

• • Não é eficaz em solos arenosos.
  • A quantidade de cal necessária é limitada, entre 2 e 10% de solo.

Estabilização do solo com cimento

A estabilização do solo com cimento é efectuada através da mistura de solo pulverizado e cimento Portland com água. A mistura é depois compactada para obter um material resistente. O material obtido pela mistura de solo e cimento é conhecido como solo-cimento. O solo-cimento torna-se um material estrutural duro e durável à medida que o cimento se hidrata e desenvolve a sua força.

A estabilização com cimento é efectuada enquanto o processo de compactação continua. Durante o processo de compactação, é utilizada uma certa quantidade de cimento. Pode encontrar-se algum espaço vazio nas partículas do solo. O cimento é como uma perna, pelo que pode preencher facilmente o espaço vazio no solo. Como resultado, a proporção de vazios no solo pode ser reduzida. Após estas tarefas primárias, quando adicionamos água na compactação, o cimento reage com a água e torna-se duro. Por conseguinte, o peso unitário do solo também pode aumentar. Devido ao endurecimento do cimento, a resistência ao cisalhamento e a capacidade de suporte aumentam. Devido à estabilização, a permeabilidade do solo pode diminuir.

O que é o cimento Portland?

O cimento Portland é o tipo mais comum de cimento. Os seus componentes básicos são o cálcio, a sílica, a alumina e o ferro derivados do calcário, da areia e da argila. Todos eles são processados, queimados num forno e pulverizados até se tornarem um pó fino. O produto final é o que chamamos de cimento Portland. Quando exposto à água, hidrata-se quimicamente, dando origem a um gel que forma uma matriz interligada em torno das partículas. À medida que cura, endurece, dando força ao sistema.

Pequenas variações produzem diferentes tipos de cimento. Alterações nas linhas de produção, diferenças nas matérias-primas e/ou alterações no final do processo de fabrico do cimento definem o tipo de cimento produzido. Qualidades como o arrastamento de ar, ou os milhões de pequenas bolhas de ar que resistem ao stress devido ao congelamento e descongelamento, são claramente distinguíveis.

Factores que afectam a estabilização do solo com betão

Os seguintes factores afectam a estabilização do solo com cimento:

• Tipo de soloA estabilização com cimento pode ser aplicada em solos finos ou granulares, no entanto, os solos granulares são preferíveis para a estabilização com cimento.
• Quantidade de cimentoEstabilização do cimento: É necessária uma grande quantidade de cimento para a estabilização do cimento.
• Quantidade de águaa: É necessária uma quantidade adequada de água para a estabilização.
• Mistura, compactação e curaPara a estabilização do cimento, é necessária uma mistura, compactação e cura adequadas.
• AdesivosO cimento tem alguns aditivos importantes que o ajudam a criar uma ligação correcta. Estes aditivos desempenham um papel vital no caso de reação entre o cimento e a água.

Vantagens e desvantagens da estabilização com cimento

• Está amplamente disponível.
• É muito resistente.
• O cimento para pavimentos é bastante resistente às intempéries e forte.
• Os solos granulares com finos suficientes são ideais para a estabilização com cimento, uma vez que requerem a menor quantidade de cimento.
• O solo-cimento reduz as características de dilatação do solo.
• É frequentemente utilizado para estabilizar solos arenosos e outros solos de baixa plasticidade. O cimento interage com as fracções de silte e argila e reduz a sua afinidade com a água.

As desvantagens da estabilização com cimento são as seguintes

• Podem formar-se fissuras no solo cimento.
• É prejudicial para o ambiente.
• Requer mão de obra adicional.
• A quantidade de água deve ser suficiente para a hidratação do cimento e para que a mistura seja trabalhável.

Em resumo, o tipo de solo e o seu estado hídrico, as condições climáticas do ambiente e o desempenho exigido são os principais factores para selecionar o ligante mais adequado para o estabilização de solos rodoviários com cal ou estabilização com cimento. Em casos duvidosos, um estudo laboratorial ajudará a estabelecer a diferença.