Tudo o que você precisa saber sobre a estabilização de solos

Em alguns locais, o solo é naturalmente fraco e inadequado para formar uma base estável para a construção de estradas. Tradicionalmente, agregados de maior qualidade são trazidos para melhorar a base da estrada. No entanto, como isso pode ser caro, aditivos também são misturados para melhorar as propriedades do solo. Este não é um desenvolvimento novo na construção de estradas, mas uma tecnologia que tem sido prática comum por muitos séculos. Os romanos frequentemente misturavam solos fracos com pozolana (cinza vulcânica contendo alumina e sílica) e cal para melhorar a capacidade de suporte de carga. Materiais semelhantes à pozolana e cal ainda são amplamente usados hoje, mas a estabilização de solos também se desenvolveu para oferecer soluções sob medida mais adequadas ao solo natural e aos requisitos da estrada.

Com a estabilização de solos, as propriedades da camada base da estrada são melhoradas. O objetivo é aumentar a resistência, reduzir a plasticidade e diminuir a compressibilidade, seja ligando as partículas do solo, impermeabilizando-as ou uma combinação de ambos. Com uma base de estrada melhorada, obtêm-se estradas com maior capacidade de suporte de carga e estabilidade, e a degradação de qualquer superfície sobrejacente será muito reduzida. A estabilização adequada da estrada, ao minimizar o desgaste, diminuirá as necessidades de manutenção, o que, por sua vez, leva à necessidade de menos mão de obra e a uma solução econômica melhor.

Em alguns casos, ao melhorar a base da estrada, as camadas de asfalto ou concreto podem ser reduzidas enquanto ainda se mantém a mesma integridade estrutural da estrada. Isso oferece outra maneira de economizar nos custos de construção de estradas.

Estabilização mecânica vs. química 

Existem vários métodos de estabilização, que podem ser agrupados em duas categorias, nomeadamente estabilização mecânica e estabilização química.

A estabilização mecânica é o processo de melhorar as propriedades do material da estrada alterando sua graduação. Isso é alcançado seja misturando dois ou mais solos ou colocando um material não químico e não granular no solo ou sobre ele para fornecer resistência adicional (como geogrelhas ou geotêxteis).

A estabilização química é o processo de incorporar um aglutinante como cimento, cal, cinza volante, biopolímeros à base de lignina, betume ou combinações desses materiais com a base para formar um material composto mais forte. Quantidades menores de aditivos químicos podem “modificar” propriedades para melhorar a trabalhabilidade e/ou reduzir a plasticidade, enquanto uma adição maior de aditivo melhoraria a resistência e durabilidade.

Os diferentes aditivos de estabilização química serão discutidos mais detalhadamente na Seção 6 abaixo: “Que ligantes existem para a estabilização de estradas?”. Os diferentes ligantes usados para a estabilização de estradas e como aplicá-los são o foco deste documento.

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Uma tecnologia de engenharia comumente usada para estabilização de estradas é a Reabilitação em Profundidade Total (FDR). Ela é usada para a reabilitação de estradas onde uma estrada de asfalto antiga e deteriorada é fresada ou triturada in situ, e o asfalto fresado é misturado com os materiais subjacentes da base da estrada. Essa mistura de asfalto velho e base de estrada velha torna-se a nova base da estrada – um processo frequentemente chamado de reconstrução ou rejuvenescimento da estrada. No entanto, muitas vezes essa nova base ainda fornece resistência ou estrutura inadequadas. Portanto, estabilização adicional, por exemplo, a adição deligante é necessária para atender às especificações. Após o nivelamento e compactação, a base estabilizada está pronta para uma nova pavimentação superficial.

A FDR é uma tecnologia de construção de estradas sustentável, pois recicla a via existente. Em vez de remover o pavimento antigo e transportar novo material granular, o material existente é pulverizado, homogeneizado e melhorado com aditivos estabilizantes e reutilizado no local. A redução do transporte de e para o local economiza materiais, tempo e dinheiro em comparação com métodos tradicionais de remoção e substituição. Com a redução da substituição de materiais, a tecnologia FDR tem baixas emissões de gases de efeito estufa, com economia de combustível e menos materiais (ou seja, asfalto) necessários para renovar a base da estrada.

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Agregados de boa qualidade nem sempre estão disponíveis perto do local de construção da estrada. Transportar agregados suplementares de longas distâncias pode não ser economicamente viável, e é uma solução não sustentável considerando o consumo de combustível e os gases de efeito estufa emitidos ao mover os materiais. Usar agregados existentes do local também significa evitar o problema do descarte de materiais antigos em aterros. Quando possível, agregados de qualidade inferior provenientes do local devem ser fresados e melhorados com o uso de um agente estabilizante.

A estabilização da base da estrada é um método econômico e ambientalmente amigável de converter material rodoviário abaixo do padrão em bons materiais de construção. Ao aplicar uma estabilização adequada na construção da estrada, a necessidade de manutenção é bastante reduzida. Isso economiza transporte de materiais e equipamentos, reduz custos e é menos intensivo em mão de obra. Com o tempo, as emissões totais da construção de estradas com uma base estabilizada são significativamente reduzidas.

Alguns aditivos de estabilização de estradas, ou o próprio material rodoviário, podem ter um impacto ambiental negativo. Escolher um agente estabilizante sustentável tornou-se uma prioridade importante para muitos clientes hoje. Ao tomar tal decisão, você deve considerar a Análise do Ciclo de Vida (LCA) do produto e como ele afeta o ecossistema ao redor.

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A estabilização de estradas é prática comum na construção e manutenção modernas de estradas para uso público, privado e comercial. Ela é usada principalmente para estradas com volume de tráfego médio a baixo. Tanto estradas pavimentadas quanto não pavimentadas se beneficiam de uma base estabilizada. A estabilização é usada em uma variedade de estradas, incluindo: municipais, de condado, privadas, ciclovias, estradas de transporte, rurais, florestais e estradas de serviço. Ela também pode ser usada em áreas de estacionamento e áreas de armazenamento.

Quando a base da estrada tem resistência insuficiente e alta plasticidade e/ou compressibilidade, a capacidade de suporte de carga da estrada é baixa. A base porosa e instável também está mais sujeita à infiltração de água, reduzindo a resistência e rigidez da base e tornando-a mais vulnerável a ciclos de congelamento/descongelamento e problemas de contração/expansão. Os problemas originados na base da estrada eventualmente se manifestarão na superfície da estrada. Fissuras, buracos, , desagregação, formação de trilhas e ondulações são problemas comuns que são agravados por uma base instável. Isso causa uma superfície de condução ruim, exigindo redução de velocidade e afetando o conforto. Também é um risco de segurança, pois o tráfego desviando de danos na estrada pode causar acidentes graves.

Ao aplicar um agente estabilizante, a resistência da base da estrada é melhorada e a carga pontual das rodas dos veículos é distribuída de forma mais uniforme. Isso proporciona maior capacidade de suporte de carga da estrada, que é capaz de suportar maior tensão e deformação enquanto resiste à deformação. O fortalecimento da base da estrada proporciona uma estrada mais duradoura com maior capacidade estrutural e durabilidade. Alguns agentes estabilizantes também melhoram o módulo de elasticidade da estrada e são mais resistentes a ciclos de congelamento-descongelamento. Isso aumentará a vida útil da estrada e reduzirá a frequência de manutenção ao longo do tempo, economizando recursos, tempo e dinheiro. À medida que a qualidade e a longevidade da estrada melhoram com a estabilização, as estradas estabilizadas geralmente são mais seguras e proporcionam mais conforto para os veículos.

Os aditivos químicos de estabilização de estradas criam uma matriz forte dos agregados da estrada. Ou o agente estabilizante reage quimicamente com o material da estrada (por exemplo, aditivo de cal reagindo com argila), ou eles reagem por conta própria formando um composto cimentante ao redor dos agregados. O aditivo deve fornecer resistência suficientemente melhorada e conferir estabilidade à estrada. Pouco agente estabilizante não criará uma matriz suficientemente forte, e a subcamada se deformará sob tensão e esforço. Muito agente estabilizante pode causar uma matriz altamente rígida formando uma subcamada frágil que pode induzir fissuras no pavimento sobreposto.

O parâmetro mais importante a considerar ao selecionar um ligante de solos é que ele se adeque ao tipo de solo. Se o solo consiste em partículas de granulação fina ou grossa, ou se tem alto teor de argila, silicatos ou conteúdo orgânico são determinantes na seleção. Além disso, condições climáticas e variações sazonais, carga de tráfego estimada, conformidade com leis e regulamentos locais e sustentabilidade do aglutinante influenciam a escolha do agente estabilizante. Alguns agentes estabilizantes comumente usados são listados abaixo. Cada um pode ser usado sozinho ou em combinação com outros para tratar o material da base da estrada.

A cal é usada principalmente para tratar solos de granulação fina com um índice de plasticidade de 20 ou mais. O componente de óxido de cálcio (CaO) da cal reage com partículas de argila para reduzir a plasticidade. A cal reage quimicamente e endurece na presença de água. A cimentação ocorre lentamente. Formas comuns de cal incluem cal hidratada de alto teor de cálcio, cal dolomítica monohidratada, cal cálcica viva, cal dolomítica viva e pó de forno de cal (LKD), um subproduto da produção de cal.

O cimento é semelhante à cal, mas contém materiais pozolânicos que causam endurecimento rápido, resultando em uma camada sólida, unida e impermeável. Solos de granulação fina e arenosos com um índice de plasticidade abaixo de 20 são facilmente estabilizados com cimento. O cimento não deve ser usado para solos com alto conteúdo orgânico ou solos que contêm sulfatos. O cimento pode criar uma matriz excessivamente rígida e não é uma boa escolha para estradas sujeitas ao congelamento sazonal.

Cinza volante ou cinza de carvão são resíduos minerais da combustão de combustível pulverizado (geralmente carvão). Quando a cinza volante é misturada com cal e água, ela cria uma reação pozolânica e é cimentante. Solos de granulação grossa com poucos ou nenhum finos podem ser estabilizados usando cal-cinza volante ou cal-cimento-cinza volante. Similar ao cimento, ela funciona melhor para solos com um índice de plasticidade abaixo de 20 e baixo conteúdo orgânico.

Materiais betuminosos como alcatrão de hulha, emulsões betuminosas, e betume diluído são amplamente usados para estabilização de estradas. A estabilização betuminosa não é na verdade uma estabilização química, pois não há reação química entre o aglutinante e o solo. Em vez disso, o ganho de resistência é obtido revestindo partículas de agregados, impermeabilizando as partículas e agregando-as através do desenvolvimento de ligação adesiva. Como não depende de uma reação com partículas do solo, a estabilização betuminosa funciona bem para quase todos os tipos de solos. O envelhecimento e a oxidação do betume podem torná-lo frágil ao longo do tempo.

Produtos à base de lignina são biopolímeros derivados da lignina que naturalmente liga fibras de celulose dando rigidez às árvores. Ele forma ligações físicas e químicas consigo mesmo e com as partículas do solo, unindo os materiais da estrada. Produtos à base de lignina podem ser usados para uma variedade de materiais de estrada, mas são mais eficazes para solos contendo até 30 por cento de finos e um índice de plasticidade maior que 8. Alguns estudos mostraram pouca ou nenhuma melhoria para solos com índice de plasticidade alto (ou seja, maior que 20). Eles não funcionam tão bem para solos arenosos e permeáveis, que permitem lixiviação rápida do produto. Para solos com alto teor de argila, o solo tratado tende a permanecer ligeiramente plástico.

Produtos à base de lignina são considerados uma alternativa ecológica ao betume/cimento para estabilização de estradas. Os lignossulfonatos da Borregaard, são exemplos de tais produtos à base de lignina. Dados de LCA disponíveis mostram que a produção de biopolímeros à base de lignina tem menores emissões de CO₂ e menor consumo de combustíveis fósseis em comparação com betume e cimento. Este biopolímero tem baixa toxicidade para espécies aquáticas e terrestres e pode, portanto, ser considerado uma alternativa ecologicamente amigável quando usado para estabilização de solos.

Lignin based products are considered a green alternative to bitumen/cement for road stabilisation. Lignosulfonates from Borregaard, manufactured from wood pulp production, are examples of such lignin-based products. Available LCA data shows that lignin-based biopolymer production has lower CO₂ emissions and consumption of fossil fuels compared to bitumen and cement. This biopolymer has low toxicity towards aquatic and terrestrial species and can, hence, be regarded as an eco-friendly alternative when used for road stabilisation.

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Ao fazer uma base de estrada estabilizada, você deve esperar ver uma estrada melhorada. Ao fortalecer a fundação, a capacidade de suporte de carga é melhorada, assim como a resistência a tensões e esforços que poderiam resultar em deformações da estrada e perda de materiais da superfície. A seleção e o uso adequados de um ligante, combinados com boa compactação e drenagem, reduzirão a infiltração de água, mitigando os efeitos de variações sazonais e ciclos de congelamento-descongelamento.

Estradas estabilizadas quimicamente, juntamente com manutenção adequada, têm uma vida útil muito maior antes de exigir reconstrução. Dependendo da estrada e do tipo de ligante, uma estrada não pavimentada pode permanecer viável por até dez anos. Estradas pavimentadas podem manter um alto padrão por muito mais tempo e são menos sujeitas a , formação de trilhas, fissuras e buracos. Devido às necessidades reduzidas de manutenção e à maior vida útil, uma estrada estabilizada fornecerá economia a longo prazo em mão de obra, materiais e meio ambiente.

Informações sobre os impactos ambientais do agente estabilizante devem estar facilmente disponíveis para você. Certifique-se de escolher um produto de estabilização de estradas ecológico e sustentável para suas necessidades de estabilização da base da estrada.

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O fator mais importante ao selecionar um agente estabilizante é o tipo de solo a ser estabilizado. A uniformidade, graduação, plasticidade e textura do material agregado do solo determinam qual aglutinante é mais adequado. Frequentemente, a qualidade do solo pode ser avaliada com base na experiência passada na mesma área ou pela realização de testes de solo antes do tratamento. A presença de argila, silte, materiais orgânicos, areias e cascalhos afetam o desempenho do ligante.

Se quantidades significativas de argila e silte estiverem presentes (índice de plasticidade >20), os agentes estabilizantes adequados são cal hidratada, cal viva ou uma combinação de cal e cimento Portland. (a cal reage com as partículas de argila para reduzir a plasticidade). Se um material muito mais grosso estiver presente (índice de plasticidade <20), aditivos como cimento Portland, cinza volante e pó de forno de cimento são mais adequados. A estabilização betuminosa é a melhor opção para materiais agregados mais limpos, como areia e cascalho que têm baixo percentual de silte e argila.

Você deve considerar o propósito da camada estabilizada (superfície pavimentada ou não), e a resistência e durabilidade necessárias (dependendo do volume de tráfego previsto). Condições climáticas como ciclos de congelamento-descongelamento, chuvas intensas ou períodos de seca podem afetar o desempenho do estabilizador em casos extremos e também devem ser consideradas. Outro fator importante é, é claro, o custo do aditivo.

A capacidade do agente ligante de reativar-se é importante para estradas de cascalho não pavimentadas. Escolher um lignossulfonato para estabilizar uma estrada não pavimentada significa que a estrada pode ser retrabalhada durante a manutenção posterior e recuperar suas propriedades de aglutinação. Alguns produtos endurecem ao curar e não podem ser reativados com operações normais de escarificação e nivelamento com equipamentos de manutenção rotineiros. Exemplos incluem cimento Portland, cal e asfalto/emulsões. Outro benefício dos lignossulfonatos em estradas não pavimentadas é que, além de estabilizar a base da estrada, eles também contribuem para a supressão de poeira e reduzem a perda de finos da superfície da estrada.

A segurança dos trabalhadores e as necessidades de equipamentos devem ser consideradas ao escolher um agente estabilizante. Estabilizadores betuminosos são aplicados a altas temperaturas, o que pode ser perigoso para os trabalhadores. O cimento é cáustico e abrasivo. Em contato com a pele, pode causar irritação, reação alérgica e queimaduras. O conteúdo de sílica no cimento pode causar silicose dos pulmões com exposição prolongada.

Ao longo dos anos, aditivos sustentáveis foram desenvolvidos como alternativas ao betume e ao cimento, sem comprometer o desempenho. A sustentabilidade tornou-se uma prioridade para muitos usuários e muitas vezes é um requisito em diretrizes empresariais e governamentais. Biopolímeros à base de lignina da Borregaard demonstraram em pesquisas independentes ter até 80% menos emissões de carbono (em equivalentes de CO₂) quando usados para estabilização de estradas em comparação com cimento e betume.

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1. Preparando o local 

O primeiro passo na estabilização de solos é uma avaliação da via existente. Examine a superfície da estrada e determine se há necessidade de melhorar as valetas laterais ou se é necessário adicionar cascalho para melhorar as características do solo. Drenagem deficiente é a principal razão para falhas na estrada e é essencial antes de continuar com a construção.

O solo existente é triturado por um triturador ou reciclador, convertendo o material da estrada em partículas mais finas. Normalmente, a estrada é fresada entre 20–30 cm. Durante a trituração, o teor de umidade do solo pode ser ajustado com umedecimento, seja com caminhão-pipa separado ou no misturador rotativo.

2. Mistura dos aditivos 

Uma vez que a estrada tenha sido triturada e homogeneizada, ela está pronta para a adição do agente estabilizante. O método de aplicação depende do tipo de aditivo. Pós secos podem ser espalhados. Soluções líquidas são normalmente pulverizadas. Uma máquina estabilizadora é usada para misturar completamente o agente estabilizante e o material homogeneizado da estrada. Alguns aditivos devem ser fresados o mais rápido possível para facilitar a mistura uniforme, pois endurecem muito rápido. Alguns aditivos requerem múltiplas aplicações e mistura para serem totalmente incorporados.

3. Conformação e Nivelamento 

A via é moldada e nivelada com uma motoniveladora. A espessura da camada estabilizada ao longo da largura e comprimento da estrada (ajustes de inclinação e declividade transversal) deve ser mantida.

4. Compactação e Acabamento

Depois, compacte com vibração leve visando aumentar a densidade máxima do solo para melhorar a capacidade de suporte de carga. Os tipos de rolos incluem pé de carneiro vibratório, compactador pneumático e rolo tandem. A compactação adequada é essencial para atingir a densidade necessária e evitar conteúdo saturado de água no solo. Tanto a densidade aumentada quanto o teor de umidade reduzido aumentam potencialmente a resistência.

Após a compactação, a superfície da estrada é moldada e aparada para obter uma superfície lisa, boa curvatura, declividade adequada, etc. Se não houver material suficiente para nivelar, pode ser necessária a adição de cascalho novo para moldar a estrada.

Após moldar a estrada, ela geralmente é compactada novamente para garantir alta densidade.

5. Cura

Após a formação da estrada estabilizada, é importante permitir tempo para secagem e cura. O tempo de cura depende do tipo de aditivo usado e pode variar de alguns dias a algumas semanas.

6. Camada de desgaste

Muitas estradas estabilizadas são mantidas sem pavimentação. Às vezes, uma camada de desgaste pode ser estabelecida na superfície da estrada. Isso pode ser uma superfície de asfalto pavimentado, cascalho ou tratamento superficial com selante de brita.

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