Estabilização de um solo com geopolímero para aplicação em camadas de pavimentos semirrígidos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2021.O tipo de pavimento mais utilizado no Brasil são os pavimentos flexíveis, em função do seu menor custo de implantação e facilidade executiva. O uso de materiais lindeiros é uma forma de reduzir o custo de implantação de estruturas de pavimentos, entretanto nem sempre estes materiais possuem parâmetros geotécnicos e mecânicos que possibilitem a sua aplicação. A estabilização química destes materiais através de aglomerantes químicos tem como objetivo melhorar estes parâmetros. Em julho de 2015, um trecho da rodovia SC-390 (km 442+336 m ao km 443+136 m) foi executada com uma estrutura de pavimento semirrígido, onde a sua camada de base é composta por um solo de uma jazida lindeira estabilizado com 3% de cimento Portland, apresentando resultados satisfatórios em termos estruturais e de desempenho, através do monitoramento do trecho entre os anos de 2016 e 2018. Este tipo de estrutura de pavimento é susceptível ao desenvolvimento de trincas na camada cimentada, causadas principalmente pela retração hidráulica ou pelo fenômeno de fadiga. O grande consumo de cimento Portland é uma preocupação mundial, em virtude de seu processo industrial ser responsável por uma parcela significativa da emissão de CO2 na atmosfera. Neste contexto, os cimentos geopoliméricos surgem como uma alternativa ao cimento Portland, com potenciais ganhos em relação ao impacto ambiental. Nesta pesquisa, buscou-se estabilizar o mesmo solo utilizado na execução do trecho da rodovia SC-390 com um geopolímero à base de metacaulim, substituindo parcialmente o teor de cimento Portland. Ensaios laboratoriais mostraram que uma mistura de 6% de metacaulim e 1% de cimento Portland (G6C1) propiciaram uma RCS maior que o solo estabilizado com 3% de cimento Portland para todas as idades de cura estudadas (7, 14 e 28 dias), atendendo a resistência mínima de 2,1 MPa aos 7 dias de idade. Para a mesma mistura, foi obtido uma RTCD de 0,34 MPa, 0,66 MPa e 0,81 MPa aos 7, 14 e 28 dias de cura, respectivamente. Os valores de resistência à tração foram inferiores aos obtidos para 3% de cimento Portland, podendo estar associada esta diferença aos métodos de ensaio utilizados. Foi avaliado o comportamento à fadiga da mistura G6C1, comparando a curva de fadiga com a obtida para o solo estabilizado com 3% de cimento Portland por Deucher (2019), onde a mistura G6C1 apresentou uma menor vida de fadiga quando comparado ao solo estabilizado com 3% de cimento Portland, podendo estar associada tal diferença, novamente, aos métodos de ensaio utilizados. Foi feito uma previsão de vida útil da estrutura do pavimento com a camada de base executada com o solo estabilizado com a mistura G6C1, apresentado uma menor vida de fadiga quando comparado ao solo estabilizado com 3% de cimento Portland. Por fim, foi feito uma breve comparação de custos dos materiais utilizados para a estabilização do solo com a mistura G6C1 e 3% de cimento Portland, onde o primeiro apresentou um custo de implantação muito maior, em virtude da baixa oferta/demanda dos insumos utilizados para a composição da mistura G6C1.Abstract: The most used type of pavement in Brazil are flexible pavements, due to their lower cost of implementation and executive ease. The use of bordering materials is a way to reduce the cost of implanting pavement structures, however these materials do not always have geotechnical and mechanical parameters that allow their application. The chemical stabilization of these materials through chemical binders aims to improve these parameters. In July 2015, a road segment of the SC-390 highway (km 442 + 336 m to km 443 + 136 m) was executed with a semi-rigid pavement structure, where its base layer is composed of a stabilized soil with 3% Portland cement, presenting satisfactory results in structural and performance terms, by monitoring this road segment between the years 2016 and 2018. This type of pavement structure is susceptible to the development of cracks in the cemented layer, caused mainly by the retraction hydraulic or fatigue phenomenon. The large consumption of Portland cement is a worldwide concern, due to the fact that its industrial process is responsible for a significant part of the CO2 emission in the atmosphere. In this context, geopolymeric cements appear as an alternative to Portland cement, with potential gains in relation to the environmental impact. In this research, we sought to stabilize the same soil used in the execution of the SC-390 highway stretch with a metakaolin-based geopolymer, partially replacing the Portland cement content. Laboratory tests showed that a mixture of 6% metakaolin and 1% Portland cement (G6C1) provided an RCS greater than the soil stabilized with 3% Portland cement for all studied curing ages (7, 14 and 28 days), meeting the minimum resistance of 2.1 MPa at 7 days of age. For the same mixture, an RTCD of 0.34 MPa, 0.66 MPa and 0.81 MPa was obtained at 7, 14 and 28 days of curing, respectively. The tensile strength values were lower than those obtained for 3% Portland cement, and this difference may be associated with the test methods used. The fatigue behavior of the G6C1 mixture was evaluated, comparing the fatigue curve with that obtained for the soil stabilized with 3% Porltand cement by Deucher (2019), where the G6C1 mixture had a shorter fatigue life when compared to the soil stabilized with 3% Portland cement, and this difference may be associated, again, with the test methods used. A prediction of the useful life of the pavement structure was made with the base layer executed with the soil stabilized with the G6C1 mixture, showing a shorter fatigue life when compared to the soil stabilized with 3% Portland cement. Finally, a brief comparison of the costs of the materials used for soil stabilization with the G6C1 mixture and 3% Portland cement was made, where the first presented a much higher implantation cost, due to the low supply / demand of the inputs used for the composition of the G6C1 mixture