SEQ B - Resumo do Historico da Estabilização Quimica de Solos

SEQ B - Resumo do Historico da Estabilização Quimica de Solos

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HISTÓRICO DA ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA DE SOLOS COM EMPREGO DE ADITIVOS QUÍMICOS LÍQUIDOS, TIPO DS- 328 E SEUS REAGENTES.

1- PREFÁCIO

A estabilização de solos, no campo da engenharia rodoviária, é um dos trabalhos mais antigos que se tem notícia, sendo empregado na conservação de estradas de terra, bem como na construção de novos pavimentos.

São inúmeras as dificuldades para solucionar adequadamente tais problemas, pois na crosta terrestre existe uma grande heterogeneidade entre solos. Fato este, que nos obriga, permanentemente, a realização de estudos e pesquisas para tentar equacionar sua estabilidade.

A estabilidade de um solo baseia-se em trabalhar materiais ou misturas destes com um aglomerante hidráulico ou com aditivos químicos secos ou líquidos, com a finalidade de se obter um produto que, sob determinadas condições de umidade e densidade, seja capaz de resistir aos esforços cortantes e resulte em camadas de um pavimento.

No que tange à estabilização com misturas de solos e com aditivos químicos por via seca, como a cal e o cimento tem sido empregados durante décadas pela comunidade técnica e científica internacional como reforço de sub-leitos, sub-bases e bases de estradas. Contudo, o emprego de aditivos químicos, por via líquida, para o mesmo fim, encontrou por longo tempo muita resistência, devido à falta de conhecimento técnico de suas reações físico-químicas, falta de especificações técnicas, que normalmente geraram dúvidas quanto a sua aplicabilidade, durabilidade, efeitos, etc.., porém hoje, diante dos resultados comprovados de desempenho técnico e de normas oficiais, este quadro já não existe.

Essas preocupações foram e são válidas, pelo ponto de vista técnico do conhecimento, uma vez que no Brasil foram aplicados e testados ao longo do tempo, vários produtos de diversas procedências, cujos resultados práticos nem sempre foram satisfatórios, provocando em muitos casos, enormes prejuízos ao erário público e aos que os utilizaram.

Mas, não podemos generalizar, uma vez que isto não ocorreu com a utilização de alguns produtos, principalmente com o DS-328, cuja tecnologia vem sendo empregada, sistematicamente, pelas grandes empreiteiras brasileiras e estrangeiras, pelas concessionárias de estradas, pelas instituições aeroportuárias, por diversos órgãos rodoviários e municipalidades e que vem demonstrando desde 1.973 seu uso em vias urbanas, rodovias, de diversos tipos de tráfego e de solos, pátios industriais, ferrovias e aeroportos, sua eficiência no comportamento técnico e econômico das mesmas.

O assunto apresentado neste documento, visa em primeiro lugar, à conscientização dos profissionais ligados a engenharia viária, em relação à utilização desses produtos em seus projetos e obras, com os quais,

PDF created with pdfFactory Pro trial version w.pdffactory.com certamente, poderão viabilizar técnica e economicamente suas implantações, principalmente, naqueles denominados de “estruturantes”, identificados como de alto efeito multiplicador na economia, promovendo inclusive, a melhoria das condições sociais da população brasileira e a redução dos desequilíbrios regionais.

Apresentaremos a seguir, as informações sobre a tecnologia de maneira mais transparente possível, a ação dos produtos nos solos, com as recomendações de como, onde e quando utilizá-los em serviços de pavimentação e terraplenagem, de acordo com as Normas Técnicas pertinentes; suas vantagens; sequências executivas de aplicação; obras de pavimentos urbanos, rodoviários; aeroportuários, industriais e de outras aplicações, enfim, o fornecimento de dados de interesse para mostrar aos projetistas, empreiteiros e administradores públicos que existe mais uma alternativa de pavimentação que, certamente, os auxiliarão nas soluções de seus projetos e obras para que sejam seguras, econômicas e duráveis.

Devemos salientar que as pesquisas desenvolvidas para o emprego desta Tecnologia deram início durante a 2ª Guerra Mundial, quando a rápida construção de pistas de pouso e de rotas militares era de grande importância estratégica.

2 – INTRODUÇÃO

Na engenharia rodoviária, compete ao projetista desenvolver os seus respectivos projetos de pavimentação, optar por soluções técnicas que atendam às características exigidas para sua utilização, que possibilitem alcançar o menor custo possível e satisfaça as expectativas do cliente.

De maneira geral, a maioria dos solos existentes nos locais das construções não atendem às necessidades requeridas pelo projeto, quanto aos esforços que lhes serão transmitidos pelos veículos que transitará pelo futuro pavimento. Assim sendo, deparamos com três alternativas que se impõe:

a) Aceitar o material como se encontra e projetar de acordo com suas restrições; b) Remover e transportar o solo local e substituí-lo por um de característica adequada; c) Melhorar suas condições, de tal forma que se obtenha um, que reúna os requisitos necessários, quanto a sua qualidade e utilização.

A terceira alternativa é o que se conhece como estabilização de solos, que pode ser de forma mecânica, fisicoquímica, eletroquímica e química. A opção quanto ao procedimento a ser adotado será função das condições de viabilidade técnico-econômica e da logística a ser adotada.

A estabilização mecânica compreende os movimentos dos solos e sua compactação dentro da umidade ótima de compactação, para alcançar a densidade aparente seca, máxima do solo. Este procedimento mecânico participa, obrigatoriamente, de todos os outros tipos de estabilização.

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Antigamente, a alternativa mais preconizada nos projetos de engenharia viária, desenvolvidos no País, era a da construção de camadas de reforço para o subleito, sub-bases e até de bases, com solos estabilizados granulométricamente. Nos estados mais desenvolvidos, as bases normalmente eram de macadames hidráulicos e/ou betuminosos. Posteriormente utilizou-se com muita frequência as bases de solo-cimento, brita graduada simples e/ou com cimento.

Com o decorrer do tempo e do desenvolvimento tecnológico, os materiais alternativos, principalmente, os estabilizantes químicos hidrofobantes, por via líquida, do tipo DS-328 e a cal hidratada, que eram caros demais, foram se tornando cada vez mais baratos, a ponto de ser economicamente competitível em relação aos materiais tradicionalmente utilizados, com grandes vantagens técnicas sobre os mesmos.

As estabilizações de solos com o emprego desta tecnologia vem tendo um incremento notável no mundo inteiro, sendo que no Brasil já foram construídas importantes obras rodoviárias, aeroportuárias, hidráulicas e industriais a mais de 30 anos, com expressivos resultados.

Como vantagem da adoção deste tipo de solução, informamos e demonstramos, desde 1.973, que as transformações e iterações das misturas de solos com esses aditivos estabilizantes são irreversíveis, pois a natureza dos compostos minerais que se formam na estrutura molecular dos solos tratados são de caráter insolúvel e permanente.

Os estudos, as pesquisas, as observações e o acompanhamento prático que temos realizado sobre o assunto, a mais de 25 anos, indicam que o emprego deste tipo de estabilização de solos, executados de maneira correta, conseguimos promover um incremento excepcional de qualidade as obras construídas.

3- FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Com a introdução dos produtos ao solo, dependendo do tipo destes, das dosagens aplicadas e das reações obtidas (troca de íons e floculação), promoveremos reduções substanciais da plasticidade; modificações granulométricas, devido aos fenômenos da coesão e da impermeabilização; eliminação das características expansivas; aumento da resistência e principalmente, o controle da ação da água sobre as camadas tratadas, sejam por gravidade, por capilaridade e por tensão de sucção, atingindo assim, resultados satisfatórios de durabilidade e do objetivo a ser atingido pelo pavimento. Estes fenômenos ocorrem devido a troca de base, sendo que os cátions de carga mais forte, substituem os íons de carga mais fraca na superfície das partículas de argila, onde há também um agrupamento de cátions, com a consequente predominância destes. Considerando que a ligação entre duas partículas de argila depende da carga e do tamanho dos íons na interface, ocorre no caso, uma atração maior e portanto, provocando uma floculação das partículas. (J.K. MITCHELL, S. DIAMOND) (1.961). Um material atua como estabilizante químico de um solo, modificando as suas propriededes físicas e químicas, quando, ao ser adicionado a este, reage como agente

PDF created with pdfFactory Pro trial version w.pdffactory.com impermeabilizante, floculante e/ou agregante dos materiais presentes neste solo (LAMBE & MICHAELS, 1.954). Para McCarthy (1.977), a estabilização química refere-se ao procedimento no qual um material químico qualquer é adicionado ao solo natural, para melhorar uma ou mais de suas propriedades de engenharia.

Ainda segundo Milton Vargas, em sua Introdução à Mecânica dos Solos: “Nas argilas, a água intersticial estará sujeita à força atrativa das partículas, a qual decai rapidamente com a distância à superfície do grão. Portanto, a água intersticial estaria sujeita a pressões de intensidades variáveis. Em primeiro lugar, numa distância da ordem de grandeza de algumas moléculas, a pressão atrativa é da ordem de grandeza de milhares de atmosferas. Ora, os trabalhos de Bridgman, sobre o estado da água, sob pressões elevadíssimas, mostraram que, nessas condições, a água é sólida, mesmo na temperatura ambiente de 15ºC a 25ºC. É a camada de água solidificada dos solos. Nos pontos de contato dos grãos, os filmes de água solidificada interpenetram-se, estabelecendo um vínculo rígido entre os grãos, e emprestando-lhe coesão verdadeira. Também contribui para a coesão verdadeira, embora menos intensamente, uma segunda camada de água sujeita a pressões, de ordem capilar, até de dezenas de atmosferas. Suas propriedades são as de líquido viscoso preso aos grãos. É a camada de água adsorvida, atraída por forças moleculares suficientemente elevadas para imobilizá-la. Finalmente, o restante da água é livre de se mover pela ação da gravidade, nos canalículos do solo”.

Estas forças moleculares atrativas decorrem da interação entre o campo eletro-magnético, que se forma à superfície das partículas coloidais, e as moléculas de água ionizadas pela ação do campo. A neutralização das cargas eletromagnéticas, pela troca de cátions estável e permanente, impede a formação da camada de água adsorvida, que provoca o afastamento entre as superfícies das partículas. Desta maneira, o solo estabilizado terá reduzida ao mínimo sua absorção, tornando-se impermeável, e conseqüentemente, estabilizado.

Solo em suspensão em águaIntrodução da Solução de DS-328 Homogeneização
Introdução da Sol. Sulf. AlumínioHomogeneização Inicio do Processo de Floculação

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Detalhe da Floculação Após 30 segApós 35 seg. Após 50 seg. Após 1 min.
30 minutos depois

Em outras palavras, este processo está associado a sua capacidade de troca de base, que é uma função direta de sua umidade, a qual é a somatória das águas drenáveis e não drenáveis contidas no solo.

As águas drenáveis, é a água “livre” ou “intersticial” que reduz por gravidade, evaporação e compactação.

As águas não drenáveis ou “higroscópicas, devido a umidade ambiental e a capillar, por efeito da tensão superficial em relação a porosidade do solo. Ambas são reduzidas por evaporação ou compactação.

As águas não drenáveis é a “adsorvida” ou “adesiva” que se forma pela ação das cargas elétricas negativas contidas nas superfícies dos argilo-minerais, constituintes das argilas. Essas cargas criam ao redor dos argilo-minerais um campo elétrico que atrai as moléculas bi-polares da água e cátions nela absorvidos. Esta água sempre estará presente e é a mais importante de todas as águas de um solo, por ser responsável por sua estabilidade. Portanto, a redução desta água é decisiva para a união das partículas do solo, por coesão.

A água “adsorvida” ou “adesiva” não pode ser extraída mecanicamente, já que a força de seu enlace eletroquímico em certas ocasiões ultrapassa a 20000 atmosferas.

Em geral, nos pavimentos em que a água sobe capilarmente por tensão superficial, a resistência do solo diminui, pelo qual, faz com que o revestimento asfáltico, apresente falhas provocadas por carga dos veículos, causando rupturas que permitem a penetração das águas superficiais, as quais conjuntamente os materiais de sub-bases permitindo a migração dos finos, provocando assim a destruição da estrutura do pavimento.

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4- O QUE É O ESTABILIZANTE DS-328

O produto DS-328 é um sal orgânico derivado de uma composição química de óleos vegetais. É um líquido de coloração verde, densidade mínima a 25º C = 1,035 g/cm3,com pH mínimo de 10,5 em solução a 1%, totalmente solúvel em água. Foi criado e patenteado em 1.972 pela empresa Dynasolo S.A. Industria e Comércio, após 12 anos de pesquisa para o desenvolvimento do produto.

Em contato com os reagentes e o solo, forma um composto metálo-orgânico insolúvel e permanente, cuja ação se exerce por uma coesão estável entre as partículas do solo.

As partículas finas de argila devido a sua composição mineralógica, têm em sua superfície excesso de íons negativos (ânions), pelos quais são atraídos os íons positivos (cátions) da água, aderindo-os fortemente, formando a água absorvida. Quanto mais espessa a camada mais se distanciam as superfícies das partículas, diminuindo assim, a intensidade do campo elétrico e a energia térmica das moléculas de água, faz com que essas partículas, que tem a forma lamelar, se movimentem e provoquem um desequilíbrio entre elas, promovendo uma expansão do solo e por conseqüência, diminuindo sua resistência.

Portanto, a maneira de estabilizarmos um solo, será conseguir reduzir ou eliminar a adsorsão.

O DS-328, por sua composição química, tem um enorme potencial de troca iônica.

Quando se introduz, pequenas quantidades do produto em água, se ativam os íons H+ e (OH)- da água que provoca um intercâmbio de suas cargas elétricas com as partículas de solo, provocando na água absorvida um rompimento do enlace eletroquímico, desprendendo-as e convertendo-as em água livre, a qual drena por gravidade, evaporação e compactação. Esta reação eletroquímica de troca iônica provoca a aproximação das partículas, é estável e permanente.

A troca catiônica é uma reação estequiométrica, isto é, o aumento da concentração de um determinado cátion, no caso o H+, faz com que ele substitua os demais.

H2O + DS-238 ............................ H+ + OH-
OH- +Na ............................ OHNa
2 OH- +- Ca++(OH)2 Ca
3 OH- +- Mg+++(OH)3 Mg

Por outro lado, o oxidrilo em presença do estabilizante DS-238, poderá se decompor em O e H.

OH+ DS-328 ............................ O- + H+

promovendo assim, a reação de oxidação da matéria orgânica.

Outras reações poderão ocorrer, como por exemplo, a formação do gás H e posterior formação de novas moléculas de água.

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H+ + H+ ........................... H2
H+ + OH- ............................ H2O

Assim sendo, através dessa troca catiônica conseguimos: 1- Redução da espessura da camada de água adsorvida; 2- Floculação e aglutinação das partículas finas dos solos;

3- Pela combinação dos dois exemplos citados, ocorre uma redução na superfície específica do solo, conseqüentemente menos água poderá ser absorvida, diminuindo a expansão e a contração do solo, aumentando sua impermeabilidade, resistência ao cizalhamento, compressão e penetração.

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