Desempenho e comportamento mecânico de um solo dispersivo e sulfatado tratado com uma pozolana artificial, cal de carbureto e reforçado com fibras de vidro

Abstract

Solos dispersivos e sulfatados possuem características incomuns aos demais solos, demandando, desta forma, maior atenção durante sua utilização. Com relação às suas peculiaridades, a dispersão acontece devido à grande quantidade de sódio dissolvido em seus poros e, por consequência, adsorvido as partículas de argila. Isto faz com que se tenha um desbalanceamento eletroquímico, resultando assim, em cargas repulsivas líquidas. Em decorrência disto, suas partículas possuem um comportamento que se assemelha ao de coloides. Dentre as problemáticas envolvidas, encontram-se, por exemplo, a suscetibilidade à ocorrência de processos erosivos (e.g. piping, formação de ravinas, voçorocas, túneis, etc.) pelo simples fato de existir água pura e calma em suas proximidades. Já com relação à presença de sulfatos, os quais se manifestam na forma de minerais como gesso, anidrita, barita e jarosita. Este tipo de solo, quando estabilizado quimicamente a partir de estabilizantes à base de cálcio e, acrescido de excessiva umidade, desencadeiam a formação de minerais expansivos. Dentre estes, a etringita e a taumasita, responsáveis por um grande aumento de volume. Os problemas decorrentes deste fenômeno levam à deterioração de obras a um curto espaço de tempo. Isto, em virtude das expansões exacerbadas que causam consequências indesejadas como ondulações em rodovias, perda de sustentação de fundações, dentre outros. Nesse contexto, a atual pesquisa propõe a estabilização e reforço, de um solo proveniente da região do Chaco Paraguaio que apresenta as características acima mencionadas. O tratamento deste solo foi realizado a partir da incorporação de materiais como cal de carbureto (CC), fibra de vidro moída (FM) e fibra de vidro em filamentos (FI). E tem por objetivo dirimir problemáticas de dispersão e expansão dos compósitos gerados. As misturas propostas foram avaliadas em termos de resistência à compressão simples, rigidez inicial, expansão tridimensional, expansão unidimensional, resistência à compressão confinada, durabilidade, resistência à tração e, vida de fadiga. Também, por intermédio de ensaios de difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), verificou-se a formação de compostos ligantes bem como, de minerais expansivos. Ambos estes, que viessem justificar a utilização dos materiais propostos. Desta forma, propõe-se aqui uma maneira de melhoramento para solo que se enquadram nestas características, dispersivos e sulfatados. Para isto, recorreu-se a metodologias de planejamento de experimentos como experimentos fatoriais, fatoriais fracionários e projetos compostos de segunda ordem. Ademais, além de averiguar a eficiência da estabilização proposta, procurou-se a implementação das relações h/Biv e h/Liv às variáveis respostas obtidas. A estabilização proposta se mostrou eficaz do ponto de vista de reações pozolanicas, entretanto, no que diz respeito à utilização de fibras de vidro no formato de filamentos, estas não chegaram a vigorar como uma alternativa. Com alguns casos, como durabilidade, podendo levar até a uma maior taxa de perda de massa. Independentemente do meio pelo qual foi realizada a avaliação, há uma predominância da porosidade em governar o desempenho dos compósitos. Desta forma, quão maior a compacidade das amostras bem como, teor de cal, maiores foram as expansões resultantes. Ambas relações h/Biv e h/Liv puderam ser implementadas, sendo a relação h/Liv uma promissora ferramenta para previsão do potencial expansivo de solos sulfatados.

Dispersive and sulfate-rich soils have unusual characteristics when compared to the others soils. Thereby, a special attention needs to be taken when its presence is detected. The dispersity occurs owing to the presence of large amount of diluted sodium on the soil voids, consequently, adsorbed around the clay minerals. Therefore, an electrochemical imbalance results in repulsive chargers between the clay particles. Therewith, the clay particles seems to be as colloids. Distinct problems are involved with this characteristic such as susceptibility to erosive processes like piping, ravines, gullies and, tunnels, when pure and calm water get in touch with soil particles. Related to sulfate-rich soils, the presence of sulfates is associated with minerals as gypsum, anhydrite, barite and, e jarosite. When calcium based stabilizers are applied to sulfate-rich soils, the later become prone to develop expansive minerals. Etringitte and Thaumasite are examples of this, being responsible to larger volumetric swell. A significant volumetric swell induce a reduced life cycle of constructions owing to undesirable damages. Roadways could be stated as examples, where a minor strain become its usage unviable. In this context, was proposed a manner of stabilize and reinforce a sulfate-rich dispersive soil from Paraguayan country. The materials applied herein were carbide lime (CC), crushed fiberglass (FM) as an artificial pozzolan and, filament fiberglass (FI). The proposed stabilization and reinforcement aims to solve the dispersive and volumetric swell problems. A blend of materials were tested throughout unconfined compressive strength, initial shear modulus, 3-D volumetric swell tests, 1-D volumetric swell tests, confined compressive strength (triaxial), wetting-drying durability, tensile strength and, fatigue life. Finally, imagens of scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD) are provided in order to verify the ettringite and thaumasite formation plus the C-S-H and C-A-H gel generation. To develop the actual research a factorial designs methodology were applied, in this case a general 2k, 2k-p fractional and, central composite designs. Moreover, this study aims to verify the h/Biv and h/Liv relations efficiency on describing the response variables. The proposed stabilization achieved its objective by means through pozzolan reactions, however, fiberglass inclusions did not appears as an alternative to expansion restraint. Independently of the test methodology, porosity remain being the main factor controlling the composite performance. Thereby, as greater as the specimen porosity, less was the volumetric swell observed. Whereas, an increase in the carbide lime content carried to larger expansions. Either h/Biv and h/Liv relations demonstrated to be an efficient tool to describe response variables, becoming the h/Liv relation a potential way to predict the volumetric swell of sulfate-rich soils.