Comportamento de fundações superficiais assentes emcamadas de areia estabilizada com cimento álcali-ativadoreforçada com fibras

Abstract

A técnica de estabilização físico-química vem sendo uma solução alternativa para melhoria de camadas de solo de baixa capacidade de suporte. Porém devido ao elevado consumo energético e emissão de gases do efeito estufa, gerado pela produção do cimento Portland, novos cimentos surgiram recentemente como uma alternativa sustentável. Um desses cimentos são os ditos como álcali ativados, que possibilitam o uso de resíduos ou subprodutos de diversas industrias como precursores, apresentando respostas mecânicas próximas dos cimentos tradicionais. Experiências demonstradas em escala real desses cimentos ainda não são totalmente compreendidas, porém estudos com camadas solo-cimento evidenciaram deterioramento da camada através de trincas de tração na base das mesmas. A formação dessas trincas acarreta na perda da capacidade de suporte da camada cimentada, ou seja, as cargas que deveriam ser absorvidas pelo solo estabilizado são transferidas para o solo subjacente de baixa resistência. Deste modo, a inclusão de fibras pode controlar a propagação de fissuras, alterando o comportamento de ruptura das camadas, propiciando redução do comportamento quebradiço da camada. Nesse contexto, a presente pesquisa busca estudar o comportamento de uma areia estabilizada com um cimento a base de resíduo de pó de vidro moído e cal de carbureto, reforçada com fibras de polipropileno e ativados com hidróxido de sódio, comparando com misturas sem o ativador. A análise é realizada através de ensaios de prova de carga estática in situ, com placas de aço circulares (0,30m) sobre camadas cimentadas, de distintos diâmetros (0,45 e 0,90m), executadas acima de um solo residual com baixa capacidade de suporte e curadas a 120 dias. Após realização do ensaio de placa, corpos de prova são retirados das camadas e submetidos a ensaios de compressão simples, compressão diametral e triaxiais. Além disso, amostras foram moldadas em condições controladas de laboratório e deixadas curar durante 7, 14, 28, 60, 90 e 120 dias, a fim de avaliar a evolução da resistência entre as amostras com e sem ativador. Os resultados demostraram que, ensaios em condições controladas de laboratório em curto período de tempo apresentaram resistência à compressão maior para as misturas com o ativador, contudo, com tempo de cura maior essas se equiparam. Ao comparar os resultados com amostras retiradas do campo, as amostras com ativador obtiveram menor influência das condições climáticas, apresentando fator campo/laboratório de 0,90 e 0,62, para amostras com e sem ativador, respectivamente. Através dos ensaios de placa, camadas 0,45m de diâmetro comportaram-se como se a fundação e a camada fossem um elemento único, puncionando sobre o solo. As camadas de 0,90m de diâmetro romperam pelo surgimento de trincas de tração na base das mesmas, contudo, a camada com álcali apresentou uma ruptura frágil e maior rigidez que as camadas sem ativador. Misturas pela primeira vez executadas em campo mostraram-se eficientes como uma alternativa ao uso do cimento portland, sendo a eficiência da fibra mais pronunciada para camadas sem presença do ativador alcalino. Através dos ensaios triaxiais foi possível verificar o comportamento de menor rigidez inicial e maior ductibilidade para amostras sem ativador.

Physical-chemical stabilization has been an alternative solution to improve soil layers with low bearing capacity. However, due to the high energy consumption and greenhouse gas emissions generated by the production of Portland cement, new cements have recently emerged as a sustainable alternative. One of these cements is the so-called activated alkali, which allows the use of residues or by-products of various industries as precursors, mechanical responses close to traditional cements. Experiments demonstrated in full scale these cements are not yet fully understood, however studies with soil-cement layers have evidenced the deterioration of the layer through traction cracks at the base of them. In this way, the inclusion of fibers can control the propagation of cracks, changing the breaking behavior of the layers, providing a reduction in the brittle behavior of the layer. In this context, this research seeks to study the behavior of a sand stabilized with a cement based on the residue of ground glass and carbide lime, reinforced with polypropylene fibers and activated with sodium hydroxide, comparing with mixtures without the activator. The analysis is carried out through static load test tests in situ, with circular steel plates (0.30m) on cemented layers, of different diameters (0.45 and 0.90m), executed above a residual soil with low bearing capacity and cured for 120 days. After performing the plate test, specimens are removed from the layers and studies of simple compression, diametrical and triaxial compression tests. In addition, they were molded under controlled laboratory conditions and allowed to cure for 7, 14, 28, 60, 90 and 120 days, in order to assess straight evolution between those with and without an activator. The results showed that, under controlled laboratory conditions in a short period of time, strong resistance to greater compression for mixtures with the activator, however, with longer curing time, these were achieved. When comparing with the results of the withdrawals from the field, the one with activator obtained less influence of climatic conditions, field / laboratory factor of 0.90 and 0.62, with and without activator, respectively. Through the plate tests, 0.45m diameter layers behaved as if the foundation and the layer are a single element, punching on the ground. As 0.90m diameter layers broke through the emergence of traction cracks at the base of them, however, an alkali layer showed a fragile break and greater rigidity than the layers without activator. Mixtures for the first time performed in the field proved to be efficient as an alternative to the use of portland cement, with the efficiency of the fiber being more pronounced for layers without the presence of the alkaline activator. Through the triaxial tests it was possible to verify the behavior of lower initial stiffness and greater ductility for samples without activator.