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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.44.1995.tde-16112015-133834
Document
Author
Full name
Maria Teresa de Nóbrega
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 1995
Supervisor
Committee
Carvalho, Adilson (President)
Kihara, Yushiro
Sbrighi Neto, Claudio
Suzuki, Carlos Yukio
Valarelli, José Vicente
Title in Portuguese
Características e mecanismo de estabilização de solos tropicais com cal e cimento em pista experimental
Keywords in Portuguese
Física do solo
Química do solo
Abstract in Portuguese
O objetivo principal da pesquisa é contribuir para o entendimento dos processos e mecanismos desencadeados pela adição de cal e cimento a materiais ferralíticos em condições de pista. Neste estudo foram analisados materiais de base de uma pista experimental (PR-518) estabilizados com adição de cal + cimento ou apenas cal. A PR-518, que liga Santa Mariana ao Porto Quebra Canoa, foi construída pelo DER-PR (Departamento de Estradas de Rodagem do Paraná) em 1987, tem 29,5km de extensão, está localizada na região Norte do Estado do Paraná e atravessa áreas de ocorrência de Latossolo Roxo, Terra Roxa Estruturada e Latossolo Vermelho-escuro - solos tropicais de textura argilosa. Dos 61 segmentos que compõem a estrada foram estudados cinco, que são representativos dos tipos de misturas e técnicas empregadas: segmento 4 (mistura de Latossolo roxo + 4% de cal cálcica + 5% de cimento Portland - SCC/LR 1); segmento 10 (Latossolo Roxo + 4% de cal dolomítica + 5% de simento Portland - SCC/LR 2); segmento 55 (Latossolo Vermelho-escuro + 2% de cal cálcica + 3% de cimento Portland - SCC/LE); segmento 8 (cascalho de basalto alterado + Latossolo roxo + 4% de cal cálcica + 5% de cimento Portland - CCC); segmento 41 (cascalho de basalto alterado + Latossolo Roxo + 5% de cal dolomítica - CC). A pesquisa foi desenvolvida através de análises morfológicas, realizadas a níveis macro, meso e microscópicos, complementadas por análises mineralógicas por raios X e infravermelho, análises químicas qualitativas e quantitativas sobre amostra total (ataque triácido) e pontuais (microssondagens). Paralelamente foi efetuado, a partir de dados fornecidos pelo DER-PR, o levantamento das características físico-hídricas e mecânicas dos segmentos logo após a construção; o acompanhamento do comportamento estrutural e do estado da superfície da pista ao longo do tempo. Os resultados obtidos mostram que de um modo geral as bases apresentam problemas relacionados à etapa de construção: o grau de compactação variável ao longo do segmento e da espessura da camada; a unidade acima ou muito abaixo do teor ótimo de compactação; a homogeneização deficiente da unidade e da mistura dos materiais com os aditivos, etc. Nos pontos amostrados a morfologia dos materiais das bases refletiu esses problemas através de diferenciações de porosidade, concentração ou ausência de aditivos, organizações particulares do plasma e de outros constituintes. As misturas solo-cal-cimento se caracterizaram por apresentar agregados (ou zonas) de plasma não afetado, ou pouco afetado pelos aditivos, mais sensíveis às variações e esforços de origem hídrica e mecânica. Estão envolvidos por plasma transformado por reações com os aditivos em diversos graus, contendo os produtos de hidratação do cimento e de reação pozolânica da cal (silicatos, aluminatos e aluminossilicatos de cálcio hidratados), menos sensíveis às variações hídricas e mecânicas (sem fissuras) e mais resistente. As misturas com cascalho de basalto alterado são constituídas por fragmentos líticos (cascalho de basalto), volume de material do solo do subleito e uma "matriz-mista". Foi principalmente a "matriz", gerada pela incorporação do solo e dos produtos do córtex de alteração do basalto, que se misturou e reagiu com os aditivos. Cada uma dessas organizações é constituída por materiais química e mineralogicamente diversificados. Dois aspectos importantes devem ser ressaltados: 1) a influência da qualidade e da composição química da cal aplicada - as neoformações minerais, transformações e Reogarnizações do material das misturas são mais evidentes naquelas onde foi empregada a cal cálcica do que naquelas com cal dolomítica (com ou sem cimento). Estas diferenças implicam em maior estabilidade das misturas tratadas com cal cálcica como comprovam também os dados de desempenho da pista; 2) as técnicas de construção das bases são as responsáveis pelas condições da mistura dos constituintes dos solos com os aditivos, da homogeneização da umidade (necessária para as reações de hidratação do cimento e pozolânica) e grau de compactação. Ou seja, criam o ambiente físico e químico onde ocorrem as reações que promovem a estabilização. São também responsáveis, ao lado das reações químicas e físico-químicas desencadeadas pelos aditivos, pela morfologia do material. Nas misturas com cascalho, os fragmentos líticos "armam" o material enquanto os aditivos mantêm estável a "matriz". Nas misturas solo-cal-cimento, ao contrário, a "armação" é produzida pelo plasma do solo original transformado e enriquecido em produtos cimentantes (resultantes da hidratação e das reações pozolânica), que isola volumes de material mais instável.
Title in English
Not available.
Keywords in English
Not available.
Abstract in English
The prime aim of this research is to contribute to the understanding of the processes and mechanisms brought about by the addiction of lime and Portland cement to ferralitic materials from experimental road (PR-518) stabilized with the aaddition of lime + cement or lime only, have been analysed. PR-518, which connects Santa Mariana to Porto Quebra Canoa has been built by DER-PR (Departamento de Estradas de Rodagem do Paraná) in 1987, is 29,5km long, is in Paraná North region and crosses areas where can be found "Latossolo Roxo", "Terra Roxa Estruturada" and "Latossolo Vermelho-escuro" - tropical soils clayed texture. Of the 61 parts that make up the road, five have been studied, which represents the kinds of applied mixture and techniques: part 4 (mixture of "Latossolo Roxo" + 4% of calcitic lime + 5% Portland cement - SCC/LR 1); part 10 ("latossolo Roxo" + 4% dolomitic lime + 5% Portland cement - SCC/LR 2); part 55 ("Latossolo Vermelho-escuro + 2% calcitic lime + 3% Portland cement - SCC/LE); part 8 (gravel of weathered basalt + 4% calcitic lime + 5% Portland cement - CCC); part 41 (gravel of weathered basalt + 5% dolomitic lime - CC). The research has been developed through morphological analysis (macro, meso and microscopic levels) complemented by mineralogical analysis by x-ray and infrared, qualitative and quantitative chemical analyses on total sampling (triacid attack) and by points (microprobes). At the same time it has been put into effect, based on the data supplied by DER-PR, the conclusion of physical-hydrics characteristics and mechanisms of the parts soon after the building; the follow-up structural behavior and surface condition of the road during a period of time. The results obtained show that, in general, the bases depict problems related to a building stage: compactation grade variable at the length of the part and the layer thikness; moisture content above or below the optimum PROCTOR; deficient homogenization of the moisture and the mixture of the materials with the additive, etc. The morphology of the materials of the bases reflected these problems through porosity differentiations, concentration or lack of additives, singular organizations of the plasma and other constituents. The soil-lime-cement mixtures are characterized by showing zones of plasma not affected, or not so affected by the additives, more sensible to the variations and efforts from hydric and mechanical origin. They are involved by plasma transformed by reactions with the additives in several grades, containing the products of hydration of the cement and of lime pozzolanic reaction (calcium silicate hydrate, calcium aluminate hydrate and calcium aliminosilicate hidrate), less sensible to hydric and mechanic variations (without joint planes), and more resistant. The mixtures with weathered basalt gravel are made up by lithics fragments (basalt gravel), volumes of soil material from the sublayer and "mixed matrix". It was mainly the "matrix", generated by the soil incorporation and the basalt alteration cortex products, that mixed and reacted with the additives. Each one of those organizations are constituted by chemically and mineralogical diversified materials. Two important aspects must be highlighted: 1) the influence of the quality and of the chemical composition of the applied lime - the mineral newformations, transformations and the material reorganizations of the mixtures are more evident in those where the calcic lime was applied than in those with dolomitic lime (with or without cement). These differences imply a higher stability of the mixtures trated with the calcic lime as confirmed by the road accomplishment data as well; 2) the building techniques of the bases are responsible by the conditions of the constituents mixture of the soil with the additive, of the moisture homogenization (necessary for the cement hydration reactions and pozzolanics) and compactation grades. That is, they create the chemical and physical environment wher the reactios that bring about the stabilization occur. They are also responsible, along with physical-chemical and chemical reactions brought about by the additives, by the material morphology. In the mixture with gravel, the lithic fragments build the material structure while the additives keep the matrix stable. In the soil-lime-cement mixtures, on the contrary, the "structure" is provided by the original soil plasma transformed and enriched in cement products (result of the hydration and of pozolanic reactions), that isolates more instable material volumes.
 
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Nobrega_Doutorado.pdf (15.11 Mbytes)
Publishing Date
2015-11-17
 
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