Marco Antônio de Morais Alcantara
#MateriaisDeConstrução #PavimentaçãoUrbana
Nesta postagem se procurará apresentar os principais materiais utilizados em obras de infraestrutura urbana agrupados conforme os aspectos e peculiaridades comuns, assim como pelo papel funcional ou de características de sistemas que eles podem oferecer. Inicia-se pelos casos dos solos e rochas.
O solo
O
solo é um material básico em obras de infraestrutura urbana. Os que são objetos
de utilização ou de intervenção podem ser de tanto de horizontes superficiais como
profundos, e quanto à procedência podem ser tanto de origem local, podem ser
transportados. Em face da grande variabilidade existem classificações e
especificações para os solos quanto aos tipos de aplicação.
As
propriedades gerais de interesse dos solos são a capacidade de suporte, a qual
é avaliada em função Índice de Suporte Califórnia (ISC); as condições de
consistência e de plasticidade, definidas em função dos índices de consistência
dos solos; a fluência, dada em função das condições de adensamento; a absorção
d’água, a permeabilidade, e a expansão, que variam normalmente em função das
dimensões das partículas, da composição química e mineralógica e da estrutura.
Os
solos cumprem importantes papéis nas obras de infraestrutura urbana, tais como
como subleito, no fornecimento de materiais para obras de reforço e de aterros,
assim como para receber a vegetação para fins de estabilidade.
Os
sistemas de classificação de solos procuram enquadra-los conforme o
comportamento geotécnico. Neste sentido os índices de consistência associados à
distribuição granulométrica podem ser utilizados de modo a se estabelecer
limites para o comportamento assim como estabelecer um modelo de previsão. A
carta de plasticidade para solos estabelecida por Casagrande procura correlacionar
o índice de plasticidade com o limite de liquidez. A classificação T.R.B procura apresentar os
solos potencialmente favoráveis para serem utilizados como subleito, distingue
os solos em solos finos e em solos grossos, e procura aliar as suas
propriedades de consistência.
Existe
uma diferenciação para solos tropicais, estabelecida apresentadas em Nogami (1982),
e Vilibor et al (2009), a qual procura distinguir os solos tropicais em função
do comportamento tecnológico. São levadas em considerações variáveis que,
quando agrupadas, avaliam condições de cimentação natural e os baixos níveis de
erodibilidade; os solos são distinguidos quanto ao seu caráter laterítico,
compreendido este termo como um comportamento de engenharia, distinguindo-se
dos solos saprolíticos.
Havendo
algumas distinções básicas para estes dois tipos de materiais, os solos do tipo
lateríticos apresentam normalmente menores amplitudes de limites de
plasticidade, menores valores de expansividade, e maior homogeneidade. Estas
diferenças estão relacionadas à gênese destes dois tipos de materiais, sendo os
solos do tipo saprolíticos mais jovens, tendem a apresentar em sua composição
minerais mais jovens do tipo 2:1, menos estáveis, e também de materiais com
ocorrência localizada, implicando em heterogeneidades. Os solos lateríticos são
dotados de materiais cimentantes, como argila, matéria orgânica e óxidos de
ferro e alumínio, os quais podem formar complexos.
Alguns
tipos de solos são conhecidos pelas suas denominações, como é o caso do solo
arenoso fino laterítico. Este tipo de solo tem ocorrência em grande parte do
território do estado de São Paulo, apresenta como propriedade a sua elevada
capacidade de suporte, particularmente quando avaliado o Índice de Suporte
Califórnia.
Tabela 1:
Informações comparativas entre os solos lateríticos e os solos Saprolíticos.
Laterítico
|
Saprolítico
|
|
Grau de erodibilidade
|
Baixa
|
|
Expansividade
|
Baixa
|
Variável com o tipo de argilo-mineral,
podendo ser expressiva
|
Índice de Plasticidade
|
Baixa, da ordem de 10
|
Podendo variar a valores da ordem de
70
|
Índices de compactação
|
Elevados
|
Variáveis
|
Homogeneidade
|
Homogêneos
|
Podendo apresentar variações de cor,
textura e mineralogia
|
Mineralogia
|
Minerais de neo-formação, caulinitas,
óxi-hidróxidos de ferro e alumínio, quartzo.
|
Minerais mais próximos da rocha-mãe.
Micas, minerais tipo 2:1, quartzo
|
Existem
ainda os casos dos solos moles, com elevada fluência e baixa capacidade de
suporte, e que são encontrados em várzeas e em aluviões.
Rochas
e materiais britados
Quanto à origem e ao processamento estes
materiais podem ser ditos como naturais ou artificiais. No primeiro caso têm-se
os seixos, cascalhos, pedregulhos de cava e areias naturais. No segundo caso,
de materiais britados, têm-se as britas dentro das diversas graduações, e o pó
de pedra, o qual é um tipo de fíler. A disponibilidade destes materiais para a
obra pode ter importância regional, em função da geologia, a qual define a
exposição de materiais locais para a exploração de pedreiras.
Conforme
a granulometria, estes materiais podem ser classificados em agregados,
pedregulho, areia e fíler. As propriedades destes materiais são reconhecidas
como: a resistência mecânica, a aderência ao material ligante, a durabilidade,
a resistência à abrasão, o grau de sanidade, e as condições compacidade, de
forma a se promover um arranjo compacto.
A
resistência mecânica do material e a resistência à abrasão estão relacionadas às
resistências e durezas da rocha de origem; a aderência, a rugosidade; a
compacidade está relacionada à granulometria e a forma dos grãos; e a
durabilidade, à susceptibilidade ao intemperismo da rocha. Bem como ao grau de
sanidade. Importa também que os materiais granulares não carreiem junto com
eles finos, principalmente os de natureza expansível, de modo à causar danos
quando na aplicação.
Os
materiais à base de pedra bem como outros materiais granulares são utilizados
na construção de enrocamentos, reforço de solos, construção de bases e de sub-bases,
além de serem aplicados na construção de gabiões, drenos e no paisagismo.
Solos
estabilizados
Quando
o solo de uma determinada região não está adequado para a utilização, este deve
ser melhorado, havendo métodos específicos conforme os tipos de solos e os
tipos de melhorias desejadas. O processo de atribuição de melhorias ao solo é
denominado de “estabilização de solos”, e esta tem finalidades específicas,
podendo um determinado solo ser “estabilizado” para uma determinada situação de
trabalho, e não o sendo para outra.
Solo brita e brita graduada
Os dois casos compreendem mesclas de solo e de material britado. No primeiro caso, tem-se o caso de um solo estabilizado granulometricamente. O material britado vem a melhorar os índices de resistência e de níveis de fluência do material solo. No caso de brita graduada, uma mescla é proporcionada de modo a se alcançar os maiores índices de compacidade, e o solo atua como aglomerante, um rejunte.
O comportamento do conjunto será ditado pelo elemento que estiver em maior proporção.
Materiais
aglomerantes e aditivos
Os
materiais serão ditos aglomerantes conforme a função que eles estiverem
cumprindo, isto é, se atuam como aglomerantes. Neste sentido, mesmo o solo pode
ter função aglomerante, do tipo quimicamente inativo. Cada aglomerante tem o
seu mecanismo de atuação, suas vantagens, e as suas limitações. A seguir são
apresentados os principais tipos de aglomerantes utilizados em obras de
construção urbana.
Cimento
Portland
O
cimento Portland é um aglomerante quimicamente ativo do tipo hidráulico, e atua
mediante a hidratação dos silicatos e aluminatos de cálcio nele presentes.
Permite a obtenção de materiais com resistência variável, em função de suas variações
de composição, e dosagem adotadas, sendo normalmente adequada com as solicitações
do tráfego urbano. Este material está sujeito a apresentar retração de secagem,
devendo ser isto um motivo de preocupação quando na aplicação. Quando
endurecido apresenta rigidez e baixa resiliência e durabilidade.
Materiais
betuminosos
Os
materiais betuminosos mais utilizados são resultantes do refino do petróleo ou
do betume. O cimento asfáltico de petróleo (CAP) é utilizado frequentemente em
serviços de pavimentação, apresentando as suas propriedades específicas. Como
as principais propriedades deste material pode-se apontar: a consistência, a
viscosidade, a aderência ao substrato, e ação aglomerante, e o nível de
fluência. Para a aplicação destes produtos, a viscosidade precisa ser
rebaixada, o que pode ser feito por meio do uso do aquecimento, o que pode
tornar o trabalho periculoso, pois, a partir de temperaturas de aproximadamente
180 ºC pode se alcançar o ponto de fulgor do material. De modo a se evitar o
uso de calor, existem as emulsões e as soluções asfálticas.
As
soluções asfálticas são o resultado da fragmentação e dissolução do material
asfáltico em um solvente orgânico compatível, do tipo hidrocarboneto; com a
evaporação do solvente, e com a polimerização do material asfáltico, a membrana
é formada. Uma emulsão asfáltica consiste na dissolução do material asfáltico
em água, com o auxílio de um agente emulsificante. Desta forma, com a
evaporação do solvente ocorre também a polimerização e formação da camada de
asfalto. O uso das soluções e emulsões asfálticas são mais favoráveis do que o uso
do CAP quanto a alguns aspectos, como pelo fato de eles serem aplicados a frio,
tendo suas viscosidades já rebaixadas, e ainda apresentam melhor aderência ao
substrato no caso de este estar úmido; porém, apresentam menor teor de material
asfáltico e menor durabilidade do que o CAP.
Os
materiais betuminosos apresentam como limitações a sensibilidade à temperatura,
aumentando o nível de fluência; apresentam ainda a dissolução frente à presença
de óleos solventes orgânicos oriundos do tráfego urbano, e a perda de
componentes voláteis ao longo do tempo, implicando em enrijecimento a longo
prazo, e se tornando duros e quebradiços. Os asfaltos melhorados com polímeros
tendem a melhorar o material asfalto quanto as suas limitações, sobretudo em
termos de fluência, ductilidade e prolongamento da elasticidade a longo prazo,
e a durabilidade.
A
impermeabilidade do asfalto é decorrente de sua repelência à água. Esta propriedade
pode ser influenciada se a água atuar no material sob pressão.
É
possível também de se obter materiais asfálticos resultantes da destilação do
alcatrão, porém, com propriedades inferiores ás do CAP.
Os
materiais asfálticos são comumente aplicados na fabricação dos seguintes sistemas:
macadame betuminoso, camada de revestimento.
A
lama asfáltica é um material muito utilizado especialmente para recapeamentos. É
composta normalmente de emulsão asfáltica, fíler, areia e água.
Aditivos
estabilizantes de solos
Em
primeiro lugar considera-se os aditivos do tipo “aglomerante”. Dentre estes, o
cimento é considerado como um importante estabilizante. No caso ele pode atuar
formando uma matriz com as partículas de solo, em especial quando se requer o
ganho de resistência mecânica, para a produção do material denominado por “solo-cimento”.
Ainda como estabilizante com função aglomerante existe o asfalto. O material
asfalto pode ser utilizado como estabilizante atuando aglomerando as
partículas, e diminuindo a permeabilidade, assim como a absorção do material.
Os
estabilizantes podem ter também como mecanismos de estabilização o processo
químico ou o físico-químico, ou ainda os dois conjuntamente. Destes se
distingue os que atuam de modo a se promover um ataque alcalino ou ácido,
promovendo alterações no comportamento físico-químico dos materiais com a
melhor disponibilização de elementos mineralógicos do solo para reações
químicas, com a formação de compostos cimentantes e estáveis. Dentre estes se tem
a cal, que atua pelo caráter alcalino, e o ácido fosfórico, não utilizado no
Brasil por razões econômicas, o qual atua com caráter ácido.
Os
estabilizantes que atuam com ação química com os elementos do solo são
utilizados normalmente quando se deseja promover o reforço de solos, conter
reações expansivas por natureza mineralógica, ou quando se deseja construir uma
base, no caso do tipo de solo se apresentar o mais compatível.
Os
mecanismos de estabilização da cal são conhecidos, a saber: i) troca iônica,
interferindo nas condições da dupla camada difusa e promovendo a floculação do
solo; ii) disponibilização da sílica e da alumina presentes no solo para a
solução do solo, em razão da elevação do pH do solo para valores em torno de
12,4; iii) possível a formação de silicatos e aluminatos de cálcio hidratados,
cimentantes. Este processo ocorre a longo prazo.
As
transformações ao solo a curto prazo podem ocorrer em virtude da troca iônica e
a floculação, causando elevação no limite de plasticidade e redução no limite
de liquidez, causando a redução do índice de plasticidade do solo e da expansão.
Estas intervenções são recomendadas em
solo com elevada plasticidade e que se oponha aos trabalhos de compactação. O
cimento Portland libera o hidróxido de cálcio como subproduto das reações de
hidratação, razão pela qual ele também pode ser utilizado para fins de correção
do índice de plasticidade. Neste caso tem-se o “solo melhorado com cimento”.
Os
aditivos com atuação exclusivamente físico-química atuam onde se deseja
modificações particulares ao solo como a retenção de umidade, de modo a se
evitar o pó. Pode ser citado o caso do cloreto de cálcio.
De
modo geral os aditivos atuam na fração fina dos solos, e apresentam mecanismos
particulares de atuação. Muitos têm aplicação regional, e podem inclusive ser
subprodutos de processos industriais, ou outros são produtos comerciais, e
deverão atender a um dos mecanismos apresentados. Deve-se antes de tudo
considerar que os aditivos atuam segundo os mecanismos próprios, e podem ser
mais eficazes para determinado tipo de solo que outro, recomendando-se, antes
de tudo, estudos prévios laboratoriais.
ALCÂNTARA,
M.A.M. Estabilização química de solos para fins rodoviários: Técnicas
disponíveis e estudo de caso dirigido à estabilização solo-cal de três solos de
Ilha Solteira-SP. Viçosa: UFV, 1995, 91p. Tese (Mestrado)-Universidade Federal
de Viçosa, 1995.
BAUER, L.A.F. Materiais de Construção. vol. 2. Rio de
Janeiro: LCT. 1994. 531p.
MORETTI, R.S. Loteamentos: Manual de recomendações para elaboração de
projetos. São Paulo, 1987, Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), 179p.
