universidade do estado de mato grosso campus de...

Aula 05 – SOLO CAL

Eng. Civil Augusto Romanini (FACET – Sinop)

Sinop - MT

2016/1

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO

CAMPUS DE SINOP

FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

TÉCNICAS DE MELHORAMENTO DE SOLOS

SOLO CAL

Solo-Cal

Conceito inicial

O uso de misturas solo – cal é recorrente a cerca de 5000 anos. Na Roma

antiga o uso para fins rodoviários ocorre a cerca de 2000 anos.

Os Estados Unidos da América em 1924 e a antiga União Soviética em 1926,

também utilizaram a técnica solo-cal.

A partir da Segunda Guerra Mundial ocorreu uma padronização do processo

e sua respectiva utilização:

USA: a utilização consistia na melhoria de cascalhos argilosos e tratamento de

subleitos para funcionar como sub-base.

Europa: utilizado para melhorar a trabalhabilidade de solos muito úmidos

África : melhoria na existência e tratamento da expansão de solos.

No Brasil, o uso ocorreu apenas a partir da década de 1960.

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SOLO CAL

Solo-Cal

Conceito inicial

A utilização de cal em misturas é semelhante a utilização do cimento. Tendo

assim, nomenclaturas semelhantes:

Estabilização do subleito: 3 a 6%.

Estabilização da base ( sub- base e reforço): 2 a 4%

Modificação de solos pela adição do cal: umidade excessiva

Estabilização profunda: injeção de cal sob pressão (controle da expansão de

solos instáveis)

Colunas de solo-cal: diminuem os recalques.

Lime Slurry Pressure Injectios – LSPI: forma uma rede de sustentação.

Solo cal: 5% a 6% - Predomínio da pozolanização.

Solo melhorado com cal: modificação na plasticidade e sensibilidade a água.

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SOLO CAL

Solo-Cal

Conceito inicial

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De acordo com o grau de estabilização e em função dos materiais utilizados, Little (1995)

classifica a estabilização com cal em três técnicas descritas na continuação:

Estabilização do Subleito: refere-se à estabilização in loco de solos finos do subleito ou

materiais de empréstimo utilizados como sub-bases, como por exemplo, argilas e siltes de

baixa capacidade de suporte. Essa técnica permite obter uma plataforma de trabalho para a

construção das próximas camadas de pavimentos, e em alguns casos pode ser considerada

como uma camada estrutural que contribui para o alivio de tensões e deformações. Para obter

o teor ótimo de cal a ser utilizado nessa técnica são utilizados ensaios laboratoriais empíricos.

Estabilização da Base: essa técnica implica a melhora da resistência do solo, considerado

inapropriado a princípio para a construção de bases de pavimentos. Os materiais utilizados

podem ser misturas de agregados graúdos com argila, agregados sujos ou outros materiais

com excessos de finos passando na peneira de No. 40. O teor de cal utilizado é

determinado em laboratório através de ensaios que permitam avaliar o ganho de resistência.

SOLO CAL

Solo-Cal

Conceito inicial

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Modificação dos solos: nessa técnica objetiva-se melhorar a trabalhabilidade dos materiais

por meio da adição de pequenas quantidades de cal. A modificação dos solos é empregada

nos casos em que pretende-se:

• Facilitar a compactação em áreas muito úmidas;

• Facilitar o passo da construção através de subleitos moles;

• Prover uma plataforma de trabalho para as camadas subsequentes;

• Tratar o solo para facilitar a adição de outros agentes estabilizantes, como cinzas ou

cimento Portland.

Segundo Baptista (1976), a estabilização de solos com cal é um método que visa

melhorar permanentemente as características do solo, aumentar a resistência à ação

da água e incrementar a capacidade de suporte. Os materiais componentes deste

método são: a cal, o solo e a água.

A estabilização com cal é mais efetiva em solos que apresentam elevado conteúdo de argilas,

especialmente se são do tipo montmorillonita. De modo geral, as areias não reagem com a

adição de cal hidratada devido à ausência de argilo minerais. Contudo, misturas de solo areia e

até solo agregado podem ser estabilizadas com cal, desde que apresentem quantidades

adequadas de argilas reativas .

SOLO CAL

Solo-Cal

Conceito inicial Cales Utilizadas:

Virgem (viva)

Hidratada(extintas)

Residual

Hidráulica

Cal de carbureto

Riscos Operacionais

Economia X Qualidade

Não aceita no mercado

Melhor Cal?

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SOLO CAL

Solo-Cal

Conceito inicial Cales Utilizadas:

Hidratada(extintas)

Melhor Cal?

Cal Hidratada Calcítica

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Cal Hidratada - Dolomítica

SOLO CAL

Solo-Cal

Reações Troca catiônica - Floculação

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Partícula de

argilaÍons de sódio

Água dipolar

Espaçamento

original

Face negativa

da partícula de

argila

Íons de cálcio

Redução do

espaço

depois da

reação com

água na

camada.

SOLO CAL

Solo-Cal

Reações Troca catiônica - Floculação

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SOLO CAL

Solo-Cal

Reações Reações Pozolânicas

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SOLO CAL

Solo-Cal

Reações Reações Pozolânicas

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Cal externa

Cal Interna

Cimento externo

Cimento interna

Dias ( Escala Log)

% d

e H

idró

xid

o d

e c

álc

io

Ganho de partículas de cálcio em uma argila com grumos estabilizado com 3% de

cal e 3% de cimento.

SOLO CAL

Solo-Cal

Reações Cal Viva CaO

Hidratação

Troca iônica

Cimento Natural

Cimentação

CarbontaçãoCarbontação

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SOLO CAL

Solo-Cal

Aplicações

A aplicação da técnica solo cal pode ser como agente estabilizante principal ou

secundário (Benefícios e mecanismos de estabilização como as trocas iônicas,

carbonatação e pozolanização.) São fatores que influenciam:

Propriedades naturais do solo Mineralogia

Minerais que favoreçam as reações pozolânicas ( montimorilonita)

Solos tropicais – Baixa ocorrência dos grupos minerais, e acidez.

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SOLO CAL

Solo-Cal

Aplicações

A aplicação da técnica solo cal pode ser como agente estabilizante principal ou

secundário (Benefícios e mecanismos de estabilização como as trocas iônicas,

carbonatação e pozolanização.) São fatores que influenciam:

Propriedades naturais do solo

Tipo e teor de cal

Tempo e condições de cura

Reatividade do solo

Compactação

Temperatura e umidade

Matéria orgânicas

Solos argilosos

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SOLO CAL

Solo-Cal

Aplicações Propriedades naturais do solo

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Em geral utilizada em solos argilosos

Quanto mais plástico for o solo, maiores os benefícios

devidos à adição de cal

Solos de granulometria média, moderadamente fina e fina

Efeitos

plasticidade, ↑ trabalhabilidade

expansibilidade, ↑ resistência

SOLO CAL

Solo-Cal

Aplicações Tempo e condições de cura

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Temperaturas inferiores a 16ºC – 18ºC retardam as reações

enquanto que temperaturas superiores aceleram-nas.

SOLO CAL

Solo-Cal

Aplicações Reatividade do solo

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Quando há presença de matéria orgânica ela pode reagir com o solo,

normalmente se esta porcentagem for maior que 1%.

Influencia o normal e eficaz o desenvolvimento da ação de cimentação.

Efeito de “máscara”, provocado pelos cátions orgânicos sobra as partículas de

argila e reduzindo a dissolução da sílica e alumina.

Quando os solos são reativos, o ganho de resistência na energia Proctor normal

é maior que 345 kPa.

Quando os solos são não-reativos, o ganho de resistência na energia Proctor

normal é menor que 345 kPa.

O melhoramento da trabalhabilidade ocorre com adição de Cal, mesmo

ocorrendo um menor ganho na RCNC e no ISC.

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

• Lima, Röhm e Bueno:

o Solos reativos: compressão simples (energia Proctor Normal);

o Melhoramento da trabalhabilidade com menor ganho de

resistência: compressão simples (energia Proctor Normal) +

parâmetros obtidos no ensaio CBR;

• Outros métodos:

o Método do Ph: tem como princípio básico adicionar quantidade de cal

suficiente para assegurar um pH de 12,4 para a ocorrência das reações

pozolânicas (Eades e Grim); →SOLOS TROPICAIS

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SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

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Método de Eades e Grim

Amostras de 20g, passante na peneira de 0,42 mm

% de cal – 2%, 3%, 4%, 5% e 6%

Mistura 20g solo + % cal + 100 mL água

Após 1h de cura mede-se o pH da mistura

Teor de cal de projeto – pH 12,40 ou 12,30

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

DIFERENTES TEORES

AASHTO-180

Kneading Compactor

60<Valor R<80

Teor de Cal: C + 1%

Finalidade

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Método do Departamento de Rodovias da Califórnia

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

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Método do Departamento de Rodovias de Illinois

RCNC

AASHTO T-99

Cura: 48 horas

a 48,9ºC

RCNC Solo+3%

de Cal>RCNC

Solo Natural

RCNC Solo+3%

de Cal>RCNC

Solo NaturalTeor de Projeto

Base: 1030 kPa

Sub Base : 690 kPa

Maior quanto?

345 kPa!

Caso não atenda,

acrescentar 0,5% a

1%

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

Base: RCS mínima de 690 kPa.

Sub-base: RCS mínima 345 kPa.

Ciclo de cura das misturas compactadas: sete dias em câmara úmida; oito

horas de secagem à temperatura de 60°C; resfriamento por oito horas; ensaio

de capilaridade imersa por 10 dias, com pressão de confinamento de 6,9 kPa

(AASHTO-212).

Após o ciclo de cura os corpos de prova são ensaiados a compressão simples.

Modificação do subleito

Método do pH (Eades e Grim) + Redução do IP a 10%

Teores: 3, 5, 7 e 10%

Mistura, Secagem e determinação do LL e LP

Não especifica resistência mínima

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Método do Departamento de Rodovias da Lousiana

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

Determinação do teor ótimo de cal através de método similar ao método

proposto por Eades e Grim

Mede-se o desenvolvimento de resistência através do ensaio CBR (AASHTO T-

99)

𝑪𝑩𝑹 𝑺𝑶𝑳𝑶 𝑵𝑨𝑻𝑼𝑹𝑨𝑳 > 𝟑 𝒐𝒖 𝟒 × 𝑪𝑩𝑹𝑴𝑰𝑺𝑻𝑼𝑹𝑨

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Método do Departamento de Rodovias de South Dakota

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

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Método do Departamento de Rodovias do Texas (TxDOT)

Critério de Resistência: Método da Lousiana

Cura: 7 dias em câmara triaxial à temperatura

ambiente.

Secagem: Em temperatura menor que 60º C, por

cerca de 6 horas, perdendo de 1/3 até ½

umidade de moldagem. Resfriamento do corpo

de prova por 8 horas.

Ação Capilar: Atuando sob uma pressão de

confinamento de 6,9 kPa ( 10 dias)

Rompimento: AASHTO T-212

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

Moldagem de vários corpos de prova em vários teores de cal, os quais tiveram

seus parâmetros de compactação determinados através do ensaio AASHTO T-99

Cura durante 72 horas a uma temperatura de 48,9 °C (umidade elevada em

recipiente fechado)

Rompimento dos corpos de prova em compressão simples

𝑹𝑬𝑺𝑰𝑺𝑻Ê𝑵𝑪𝑰𝑨𝑴Í𝑵𝑰𝑴𝑨 > 𝟏𝟎𝟓𝟎 𝒌𝑷𝒂

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Método do Departamento de Rodovias da Virgínia

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

Para serem utilizadas como camadas de base ou sub-base as misturas solo-cal

devem apresentar ganhos na resistência a compressão simples em relação

ao solo natural de pelo menos 34,5 N/cm²

𝑹𝑬𝑺𝑰𝑺𝑻Ê𝑵𝑪𝑰𝑨𝑴Í𝑵𝑰𝑴𝑨 𝑩𝑨𝑺𝑬 > 𝟏𝟎𝟓𝟎 𝒌𝑷𝒂

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Método de Thompson

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

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Método de Thompson

O teor de cal

para (b) pode

ser de 5% ou

valor

determinado no

ensaio PH

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

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Método de Thompson

Ensaios de

IP

conduzidos 1

horas após a

mistura solo-

cal-água

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

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Método de Thompson

Uma

estimativa do

teor ótimo de

cal pode ser

obtido através

do ensaio de

PH.

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

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Método de Thompson

Depende do

objetivo da

estabilização

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

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Método de Thompson

A cura dos

corpos de prova

para o ensaio

CBR, antes da

imersão, é

opcional,

dependendo do

objetivo da

estabilização

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

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Método de Thompson

As

considerações

sobre a

expansão têm

grande

importância nos

subleitos

modificados

com cal.

SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

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Método de Thompson

1 O teor de cal para (b) pode ser

5% ou valor determinado no ensaio

pH

RCNC1

(a) Solo natural

(b) Solo+cal; cura por 48h a 490 C

Incremento de resistência

> 345 kPa

Solo reativo

(mistura solo-cal)

≤ 345 kPa

Solo não reativo

(solo melhorado com cal)

Solo-Cal

Dosagem Método de Thompson

Solo-Cal


2 Ensaios IP conduzidos 1h após a

mistura solo-cal-água4 Depende do objetivo da estabilização

5 Cura dos cp’s, antes da imersão, é

opcional. Expansão é importante nos

subleitos

Método de Thompson

≤ 345 kPa

Solo não reativo

(solo melhorado com cal)

IP 2

2 – 4 – 6% de cal

Análise de IP

PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO 4

(a) % acima da qual acréscimos de cal não

resultam em redução do IP

(b) % de cal que resulta em redução

aceitável de IP

TESTES OPCIONAIS 5

(a) ISC

(b) Expansão ISC

PORCENTAGEM DE CAL DE CAMPO

Adição de 0,5 a 1,0% acima do teor de

projeto para suprir perdas construtivas,

distribuição desigual, etc.

Solo-Cal


Método de Thompson

>345 kPa

Solo reativo

(mistura solo-cal)

RCNC 6

3 – 5 – 7% de cal

Análise de RCNC

PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO

% acima da qual acréscimos de cal não

resultam em acréscimo significativo de

resistência

VERIFICAÇÃO DA RCNC DAMISTURA

Conforme Tabela

6 Uma estimativa do teor ótimo de

cal pode ser obtida com o ensaio

pH de Eades e Grim

Solo-Cal


Método de Thompson

Uso previsto RCNC residual 1

kPa

RCNC (imersão 8 dias) 2

kPa

Modificação do subleito 140 350

350Sub-base (Pavimento rígido) 140

Sub-base (Pavimento flexível) – Espessura (m) 3

0,254

0,203

0,127

210

280

420

420

490

630

Base 700 4 910

1 Após o primeiro inverno

2 RCNC mínima após o final da cura no campo

3 Espessura total sobre a sub-base (dist. tensões Boussinesq)

4 Resistência à flexão a ser utilizada no dimensionamento

Método de Thompson

>345 kPa

Solo reativo

(mistura solo-cal)

RCNC 6

3 – 5 – 7% de cal

Análise de RCNC

PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO

% acima da qual acréscimos de cal não


resistência

VERIFICAÇÃO DA RCNC DAMISTURA

Conforme Tabela

AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DE

PROJETO DA MISTURA

Conforme correlações a seguir



pH de Eades e Grim

Solo-Cal


5.

So

lo-c

al

Solo-Cal


Método de Thompson

>345 kPa

Solo reativo

(mistura solo-cal)

RCNC 6

3 – 5 – 7% de cal

Análise de RCNC

• PORCENTAGEM DE CAL DE PROJETO

• % acima da qual acréscimos de cal não


resistência

• VERIFICAÇÃO DA RCNC DAMISTURA

• Conforme Tabela

• AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DE

PROJETO DA MISTURA

• Conforme correlações a seguir

• PORCENTAGEM DE CAL DE CAMPO

• Adição de 0,5 a 1,0% acima do teor de

projeto para suprir perdas construtivas,

distribuição desigual, etc.



pH de Eades e Grim

Solo-Cal


SOLO CAL

Solo-Cal

Dosagem

Uso Previsto

Resistência Residual1 Exigida (N/cm²)

Resistência à Compressão Necessária para várias Condições de Serviço Previstas2

Imersão 8 dias

(N/cm²)

Ensaio Cíclico de Gelo-Degelo3

3 Ciclos (N/cm²)

7 Ciclos (N/cm²)

10 Ciclos (N/cm²)

Modificação do Subleito

13,8 34,5 34,5 62,1

82,7 34,5

Sub-Base

Pavimento Rígido 13,8 34,5 34,5 62,1

82,7 34,5*

Pavimento Flexível4

Espessura

25,4 cm 20,7 41,4 41,4 68,9

89,6 41,4*

20,3 cm 27,6 48,3 48,3 75,8

96,5 51,7*

12,7 cm 41,4 62,1 62,1 89,6

110 68,9*

Base 68,95 89,6 89,6 117

138 1136

1 Resistência Mínima prevista após o primeiro inverno 2 Resistência Necessária no término do tempo de cura, no campo, para permitir resistências residuais adequadas. 3 Número de ciclos gelo-degelo esperados para a mistura solo-cal em serviço, durante o primeiro inverno 4 Espessura Total do Pavimento sobre a sub-base, obtida da distribuição de tensões propostas por Boussinesq. 5 Resistência à flexão a ser considerada no dimensionamento 6 Perda de Resistência nos ensaios gelo-degelo, adotando-se 6,9 N/cm²/ciclo, exceto para o valor 7 ciclos indicado por um asterisco que se baseou em uma equação de regressão estabelecida previamente.

03/03/2016 41

Espessura total

do pavimento

sobre a sub-

base, obtida da

distribuição de

tensões

propostas

SOLO CAL

Solo-Cal

Durabilidade

03/03/2016 42

Principais métodos de avaliação:

• Perda de peso (forças de retração, molhagem e secagem)

• Perda de resistência ( forças de expansão, gelo-degelo)

No Brasil para avaliação da durabilidade de solos

estabilizados usam como base ensaios de molhagem-

secagem

SOLO CAL

Solo-Cal

Durabilidade

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Principais métodos de avaliação

Principais métodos de avaliação por molhagem e secagem:

• Método da ABCP

• Método de Iowa

• Método proposto por Marcon

SOLO CAL

Solo-Cal

Durabilidade

03/03/2016 44

6 cp’s (0,05m diâmetro por 0,05m altura), curados em câmara

úmida durante 14 dias

Metade dos cp’s são submetidos a ciclos de molhagem e

secagem

Metade fica curando em câmara úmida

Método de Iowa

SOLO CAL

Solo-Cal

Durabilidade

03/03/2016 45

Ciclos de 48h

24h de imersão em água destilada e 24h de secagem ao ar

Ao final dos ciclos (6 ou 12) cp’s são imersos por 24h

RCNC

Avaliação é feita com base no coeficiente de

durabilidade Cd Cd > 80%

Método de Iowa

SOLO CAL

Solo-Cal

Durabilidade

03/03/2016 46

Mínimo de 6 cp’s, curados em câmara úmida durante 90 dias

Metade dos cp’s são submetidos a ciclos de molhagem e

secagem

Metade fica curando em câmara úmida

Método de Marcon,1977

SOLO CAL

Solo-Cal

Durabilidade

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4 períodos de secagem ao ar livre

13 dias – secagem

13 dias – molhagem

13 dias – secagem


13 dias – secagem


12 dias – secagem


SOLO CAL

Solo-Cal

Durabilidade

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Cp’s são imersos em água por 24h

RCNC

Cd > 80%


SOLO CAL

Solo-Cal

Estudo de Casos

03/03/2016 49

06 - Estudo com vistas a pavimentação de um solo de Sinop com cal - Machado

e Crispim 2012

07 - Estudo da estabilização de um solo com cal de um solo de Sinop -

Simioni e Crispim 2012

08 - Análise do processo de cura de solo-cal em câmara enriquecido com CO2 -

Silva e Crispim 2012

09 - Avaliação da durabilidade por molhagem e secagem e da capacidade de

suporte de solos estabilizados em Sinop-MT - Ferreira e Crispim 2015

10 - Efeito da adição de cal e cinza de casca de arroz nas propriedades

mecânicas de um solo tropical - Pimentel e Benatti 2014

11 - Resistência à tração de solos estabilizados com cal e cimento em Sinop-MT

- Rosas e Dalla Riva 2014

SOLO CAL03/03/2016 50

Solos para Fins Rodoviários: Técnicas Disponíveis e Estudo de Caso Dirigido à

Estabilização Solo-Cal de Três Solos de Ilha Solteira – SP. 1995. 91p. Dissertação

(Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa-MG.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Dosagem das misturas solo-

cimento: normas de dosagem e métodos de ensaios. São Paulo, 2004. 63p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11578: Cimento Portland

Composto. Rio de Janeiro, 1991. 5p.

______. NBR 12023: Solo-cimento – Ensaio de Compactação. Rio de Janeiro, 1992a. 6p.

______. NBR 12024: Solo-cimento – Moldagem e cura de corpos de prova cilíndricos. Rio

de Janeiro, 1992b. 5 p.

______. NBR 12025: Solo-cimento – Ensaio de Compressão Simples de corpos de prova

cilíndricos. Rio de Janeiro, 1990. 2p.

______. NBR 13555: Solo-cimento – Determinação da absorção d’água. Rio de Janeiro,

1996. 1p.

______. NBR 6457: Amostras de Solo – Preparação para Ensaios de Compactação e

Ensaios de Caracterização. Rio de Janeiro, 1986. 9 p.

______. NBR 6459: Solo – Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 1984a. 6 p.

______. NBR 7175: Cal hidratada para argamassas - Requisitos. Rio de Janeiro, 2003. 4

p.

______. NBR 7180: Solo – Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 1984b.

3 p.

com cal e cimento. 2014. Projeto de Pesquisa FAPEMAT Edital PAPPE 002/2012. (não

publicado

SOLO CAL

Obrigado pela atenção.

Perguntas?

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