Pavimentos: Misturas Solo-Cal-RCD

A pesquisa teve como foco a caracterização de um solo siltoso tropical, especificamente o solo amarelo da Formação Geológica de Guabirotuba, localizado na Avenida Rui Barbosa, 14500, em São José dos Pinhais, na Região Metropolitana de Curitiba – PR. Amostras foram coletadas no primeiro semestre de 2017. Para entender suas propriedades e comportamento, foram realizados diversos ensaios de caracterização. Esses ensaios incluíram a determinação da granulometria, para avaliar a distribuição do tamanho das partículas; os limites de Atterberg (limite de liquidez e limite de plasticidade), que fornecem informações sobre a plasticidade do solo; a medição do pH, que indica a acidez ou alcalinidade do solo; a determinação da densidade real dos grãos, para calcular a densidade das partículas sólidas; e a avaliação da expansibilidade, para determinar a capacidade do solo de expandir ou contrair com variações de umidade. Esses dados de caracterização são fundamentais para entender o comportamento do solo e sua resposta à estabilização com outros materiais. A ausência de estudos aprofundados sobre o comportamento geotécnico desse tipo de solo justificou a necessidade da pesquisa. A expansibilidade do solo antes do tratamento com cal foi um parâmetro crucial, indicando sua suscetibilidade a problemas de instabilidade, como o inchamento e a retração, especialmente relevante para aplicações em pavimentos.

A cal utilizada no estudo foi do tipo CH3 hidratada, adquirida em lojas de materiais de construção em embalagens de 20 kg e armazenada em recipientes de vidro vedados para evitar hidratação prematura. Sua origem é a região produtora e beneficiadora de calcário localizada na Rua Jardim Bela, em Almirante Tamandaré, na região metropolitana de Curitiba. Já o RCD (Resíduos de Construção e Demolição) empregado na pesquisa foi coletado na Usipar Usina de Recicláveis Sólidos do Paraná S/A, situada no Jardim Naturama, em Almirante Tamandaré, Paraná. Esta usina, inaugurada em 2011, atua na reciclagem de sobras de materiais de construção civil de Curitiba e região metropolitana, ocupando uma área de 54 mil metros quadrados. O RCD utilizado é classificado como Classe A, que inclui caliça de obras da construção civil, como restos de material cerâmico, concreto e argamassa, previamente processado pela usina em areia, brita, pedrisco e rachão. Materiais não-reutilizáveis na construção civil (plástico e papelão) são separados e encaminhados para destinação correta. A seleção criteriosa dos materiais, especificando sua origem e processamento, assegura a reprodutibilidade dos resultados e a qualidade da pesquisa.

A metodologia empregada na dissertação envolveu uma série de ensaios de resistência para avaliar o impacto da adição de cal e resíduos de construção e demolição (RCD) nas propriedades mecânicas do solo. Os ensaios realizados foram: compressão simples, que mede a resistência do solo à compressão axial; tração por compressão diametral, que avalia a resistência à tração indiretamente através da compressão diametral; e o Índice de Suporte Califórnia (ISC), um ensaio padrão para avaliar a capacidade de suporte de materiais para pavimentos. Adicionalmente, um ensaio crucial foi o de módulo resiliente, realizado através de ensaios triaxiais de cargas repetidas, seguindo a norma ME 134 do DNIT. Este ensaio simula as condições reais de carregamento em pavimentos, fornecendo informações importantes sobre o comportamento do material sob cargas dinâmicas. A escolha desses ensaios específicos visa a abrangência na avaliação da resistência do solo, considerando tanto a resistência estática quanto a dinâmica, essencial para o dimensionamento de pavimentos. Para cada ensaio, foram seguidos protocolos e normas técnicas para garantir a confiabilidade e a comparabilidade dos resultados.

Para determinar a quantidade ideal de cal a ser adicionada ao solo, foi utilizado o método proposto por Eades e Grim (1966), também conhecido como método do pH. Esse método envolve a análise do pH da mistura solo-cal em suspensão aquosa, identificando o teor de cal necessário para atingir um pH de 12,4, ponto considerado ótimo para a estabilização do solo. A pesquisa também analisou a relação entre porosidade e teor de cal, utilizando a equação proposta por Johann (2013). A variável porosidade foi controlada pela variação da energia de compactação, e para sua determinação, foram utilizados dados de peso da amostra, umidade de moldagem, volume da amostra, e densidades reais dos grãos do solo e da cal. A compreensão desta relação é crucial pois a porosidade do material influencia diretamente sua resistência e permeabilidade, parâmetros importantes para o desempenho de pavimentos. Esta análise permitiu correlacionar a quantidade de cal adicionada com a porosidade resultante e o seu efeito na resistência.

Para analisar os resultados dos ensaios, foi utilizada a análise de variância (ANOVA), um método estatístico que permite avaliar a influência de diferentes fatores sobre a variável resposta, neste caso, as propriedades de resistência do solo. O software Past® 3.24 foi utilizado para a realização da ANOVA, e os softwares MS Excel® e Origin® para regressões simples. Especificamente, a ANOVA foi aplicada para avaliar a influência da quantidade de cal e do tempo de cura na resistência à compressão simples, considerando um nível de significância de 95%. A utilização de softwares estatísticos permitiu análises mais robustas dos resultados, fornecendo dados para a interpretação dos efeitos das variáveis estudadas e a validação das hipóteses da pesquisa. Os gráficos de resistência incluíram margens de erro com 95% de confiança, assegurando a precisão das conclusões e a confiabilidade da análise.

A pesquisa concluiu que a adição de cal e resíduos de construção e demolição (RCD) é eficaz na estabilização do solo siltoso tropical estudado, melhorando suas propriedades mecânicas para aplicação em pavimentos. A redução da expansibilidade do solo em 87,5% com a adição de cal demonstra a eficácia dessa técnica na mitigação de problemas associados à expansão e contração volumétrica do solo. Os resultados dos ensaios de resistência, como compressão simples e tração por compressão diametral, mostraram um aumento significativo da resistência com o tempo de cura e a energia de compactação, comprovando a melhora nas características de suporte do solo. A análise do módulo resiliente indicou que as misturas se comportam como materiais argilo-arenosos, com aumento da resistência em função da maior quantidade de cal e RCD. Esses achados indicam a viabilidade técnica da utilização dessas misturas em diferentes camadas de pavimentos.

A pesquisa avaliou a aplicabilidade das misturas solo-cal e solo-cal-RCD em diferentes camadas de pavimentos, com base nos resultados do Índice de Suporte Califórnia (ISC). As misturas solo-cal-RCD M1 (energias intermediária e modificada) e M2 (todas as energias) atenderam aos requisitos mínimos para o reforço de subleitos (ISC > 12%, conforme NBR 15115). Para sub-bases (ISC ≥ 20%), a mistura M1 (energia modificada) e M2 (energias intermediária e modificada) se mostraram adequadas. Finalmente, apenas a mistura M2 com energia de compactação modificada atingiu o requisito mínimo para bases de pavimentos (ISC ≥ 60%). Essa análise demonstra a versatilidade das misturas estudadas, permitindo sua aplicação em diferentes camadas de um pavimento, dependendo da composição da mistura e da energia de compactação utilizada durante sua execução.

A análise da relação entre porosidade e teor de cal demonstrou sua influência direta e indireta nas resistências à compressão simples e à tração, respectivamente. Os resultados indicaram que as resistências tendem a crescer com a quantidade de cal adicionada, seguindo uma relação de potência. Um expoente de 0,19 para a variável L (quantidade de cal) forneceu a melhor adequação aos dados. Essa relação, expressa pela equação proposta por Johann (2013), é fundamental para o dimensionamento de misturas solo-cal, permitindo a previsão da resistência em função da quantidade de cal e porosidade. A compreensão desta relação contribui para uma dosagem mais precisa e eficiente da cal, otimizando o processo de estabilização do solo e minimizando o consumo de recursos. A pesquisa destaca a importância da consideração da porosidade para predizer o comportamento do solo.