Comportamento mecânico de solos tropicais melhorados com cimento Portland utilizando planejamento experimental de misturas e análise de carbonatação

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Cardoso, Hugo Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; Engenharia Civil
• Palavras-chave em Português: Solo-cimento; Concreto - Mistura; Mecânica do solo; Cimento Portland; Carbonatação; Projeto experimental; Engenharia Civil
• Link de acesso: https://locus.ufv.br/handle/123456789/33753; https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2025.105

A aplicação de solos tropicais compactados em obras de infraestrutura, principalmente em camada de base de pavimentos asfálticos, é amplamente realizada, sendo tais solos muitas vezes melhorados com cimento Portland de modo a obter melhor desempenho mecânico, conforme especificações requeridas em determinados projetos. Técnicas de melhoramento geotécnico de solos com cimento Portland são amplamente usadas e estudadas, sendo uma excelente opção, visto que o transporte deste material para diversos locais é relativamente fácil e sua incorporação aos solos locais pode ser executada in loco de forma simples. A dosagem adequada (aqui denominada dosagem ótima) de solo-cimento para uso em obras de engenharia de pavimentação é fundamental para o melhor aproveitamento dos materiais locais, sendo desejável a adoção de uma metodologia que considere os efeitos das interações entre os diversos componentes da mistura, analisando várias propriedades mecânicas simultaneamente. Neste contexto, a metodologia de planejamento experimental em vértices extremos foi a solução proposta neste estudo para a determinação da mistura de solo melhorado com cimento (SMC) relativa à dosagem ótima. Tal proposição tem se mostrado uma excelente opção em relação aos métodos empíricos, que são normalmente muito limitados quanto aos tipos de materiais e às propriedades de engenharia analisadas no protocolo de dosagem. Adicionalmente, ressalta-se que o fenômeno da carbonatação, que ocorre quando materiais à base de cálcio reagem com o gás carbônico para formar a calcita, pode influenciar a resposta mecânica e a durabilidade destes materiais de forma negativa, afetando o desempenho nos diversos usos em obras de engenharia de pavimentos, razão pela qual tal fenômeno precisa ser estudado e conhecido. Assim, o presente trabalho apresentou o desenvolvimento de uma dosagem ótima de mistura de SMC através do método de planejamento experimental em vértices extremos, para uso em camada de base de pavimentos asfálticos, utilizando dois tipos de solos tropicais típicos da região da Zona da Mata de Minas Gerais [S1 (argiloso) e S2 (arenoso)] e cimento Portland, limitando a dosagem do cimento entre 2% e 4% e utilizando as propriedades mecânicas de Resistência à Compressão Simples (RCS) e Índice de Suporte Califórnia (CBR) como critério de dosagem, definindo-se valores alvos a serem atingidos para estas propriedades. Buscou-se também entender melhor o eventual impacto da carbonatação em SMC para uso em camada de base de pavimentos asfálticos, considerando as propriedades mecânicas de RCS e mini-CBR (mini-California Bearing Ratio) e de Durabilidade por Molhagem e Secagem (DMS), utilizando a mistura relativa à dosagem ótima (3,30% de cimento, 76,70% de solo S1 e 20,00% de solo S2). O planejamento experimental em vértices extremos mostrou-se tecnicamente útil na dosagem de SMC. Sua versatilidade, ao permitir o uso de vários materiais e análises de diversas propriedades de engenharia, mostrou ser sua aplicação uma excelente opção em relação a outros métodos empíricos. A análise da carbonatação da mistura relativa à dosagem ótima mostrou que, embora a formação da calcita tenda a melhorar as propriedades mecânicas, o contato com a umidade, ao promover a dissolução da calcita em bicarbonato de cálcio, prejudica a durabilidade do material. Portanto, o fenômeno da carbonatação que ocorre com os materiais à base de cálcio tende a ser prejudicial, visto que, em uma situação de campo, as intempéries, como a variação de umidade, degradariam rapidamente o material, comprometendo toda a estrutura do pavimento. Palavras-chave: solo melhorado com cimento; planejamento experimental em vértices extremos; otimização de misturas; carbonatação; carbonatação acelerada; pavimentação.