A sub-base de uma estrada pode parecer firme antes do inverno e perder a capacidade de suporte quando o degelo da primavera faz com que a água volte a penetrar em seus poros. Para uma empreiteira, essa mudança é mais importante do que o comportamento do solo em um dia seco. Fibras de polipropileno (PP) pode ajudar um solo compactado a manter sua resistência durante os ciclos de congelamento e descongelamento, mas o comprimento e a dosagem corretos das fibras dependem do solo, da água, do grau de compactação e da resistência almejada.
Na Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., fornecemos fibras Ecocretefiber™ para materiais cimentícios e outros materiais de engenharia. Quando uma equipe de projeto considera o uso de fibra de PP para solo, começamos analisando o solo do local e realizando um teste controlado. Uma comparação laboratorial publicada sobre solo macio modificado com fibras oferece um exemplo útil. Ela também mostra por que um resultado promissor de 0,3% deve orientar os testes, em vez de se tornar uma receita universal.
Por que o ciclo de congelamento e descongelamento enfraquece a sub-base de uma estrada
A ação da geada requer um solo suscetível à geada, condições de congelamento e água. O Orientações geotécnicas da Administração Federal de Rodovias identifica o enfraquecimento causado pelo degelo da primavera e o levantamento do solo no inverno como problemas distintos. A água pode se deslocar em direção a uma zona de congelamento e formar lentes de gelo. Quando esse gelo derrete, o solo pode ficar úmido e menos capaz de suportar cargas.
Uma fibra altera a forma como parte da estrutura do solo resiste à deformação. Filamentos distribuídos aleatoriamente podem atravessar zonas locais onde as partículas tendem a se separar. As partículas do solo se fixam à superfície da fibra, e a fibra pode suportar tensão quando o próprio solo possui resistência à tração limitada. Essa é uma explicação prática do reforço, mas sua magnitude depende da interface da fibra, de sua orientação, da mistura e do confinamento.
A retenção da resistência não é a mesma coisa que o controle do levantamento por congelamento. Um ensaio de compressão após o degelo pode demonstrar que uma amostra reforçada ainda suporta uma carga. Por si só, ele não mede o levantamento vertical, a migração de água, a permeabilidade ou o movimento do pavimento a longo prazo. Um pavimento em região fria ainda necessita de drenagem adequada, nivelamento, projeto de profundidade de congelamento e uma seção estrutural apropriada. As orientações da FHWA descrevem essas medidas mais amplas relativas à sub-base, incluindo o efeito da disponibilidade de água no levantamento. Veja a análise da FHWA sobre geada e água.
O que a experiência com solo e fibras realmente testou
Um estudo de 2020 realizado por Li Junfa na revista Revista da Universidade de Tecnologia de Wuhan (Ciência e Engenharia dos Transportes) utilizou um solo macio coletado a uma profundidade de 3,5 m na parte leste da Planície de Songliao. Seu limite líquido relatado foi de 42,8%, o limite plástico de 28,2%, a densidade seca máxima de 1,768 g/cm³ e o teor de água ótimo de 18,6%. A equipe de testes compactou amostras cilíndricas até atingir a meta de 98% e utilizou seis amostras em cada grupo de teste.
Os pesquisadores compararam os valores nominais comprimentos das fibras de 6, 9 e 12 mm e teores de 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4% e 0,5%. Essas porcentagens correspondem à massa de fibras dividida pela massa de solo seco. Por exemplo, 0,3% significa 3 kg de fibra para cada 1.000 kg de solo seco. Não se trata de 0,3% de solo úmido, nem de uma dosagem específica em kg/m³.
Cada ciclo de congelamento-degelo manteve a amostra a -15 °C por 12 horas e, em seguida, a 20 °C por 12 horas. Os grupos foram submetidos a 0, 5, 10, 15 ou 20 ciclos. Os pesquisadores mediram o comportamento ao cisalhamento por meio de ensaios de compressão triaxial não consolidada e não drenada sob pressões de confinamento de 50, 100 e 200 kPa. Eles também realizaram ensaios de compressão não confinada. O diâmetro da amostra era de 39,1 mm e sua altura, de 80 mm.
| Variável do estudo clínico | Valores utilizados no experimento | Por que isso é importante |
| Teor de fibra de PP | 0,11 TP3T a 0,51 TP3T de massa de solo seco | Altera a quantidade de reforço e o risco de dispersão inadequada |
| Comprimento de corte da fibra | 6, 9 e 12 mm | Alterações na fixação e na facilidade de mistura uniforme |
| Exposição ao ciclo de congelamento e descongelamento | 0, 5, 10, 15 e 20 ciclos | Mostra como a resistência testada variou sob esse único perfil térmico |
| Medição da força | Cisalhamento triaxial UU e compressão não confinada | Responde a duas perguntas relacionadas, mas diferentes, sobre força |
As amostras e os tipos de fibra utilizados nesse experimento determinam seus resultados. O estudo não estabeleceu uma especificação universal para todos os tipos de solo ou para todas as fibras de PP disponíveis. Além disso, a especificação de fibra apresentada no estudo não deve substituir a ficha técnica de um produto Ecocretefiber™.
O que aconteceu quando as amostras congelaram e descongelaram
Para um determinado teor de fibra e comprimento de corte, as resistências ao cisalhamento e à compressão relatadas geralmente diminuíram à medida que o número de ciclos aumentava. As maiores variações ocorreram no início da sequência. Os pesquisadores observaram uma resposta mais estável após cerca de 15 ciclos em seu experimento.
Os resultados detalhados e as conclusões indicam que a resistência média ao cisalhamento do solo modificado com fibras era 10,71 TP3T a menos após 15 ciclos do que antes do ciclo. Após 20 ciclos, a redução média foi de 12,11 TP3T. Para a resistência à compressão não confinada, os resultados detalhados indicam reduções médias de 34,51 TP3T após 15 ciclos e 38,01 TP3T após 20 ciclos. A compressão, portanto, apresentou uma perda percentual muito maior do que o cisalhamento neste experimento.
Essas porcentagens descrevem a variação em relação às amostras modificadas com fibra correspondentes em zero ciclos. Elas não quantificam a vantagem em relação a um solo de controle não reforçado. Essa distinção é importante quando uma proposta ou um relatório de projeto pergunta: “Em que medida esse produto é melhor do que o solo não tratado?” É necessário um controle lado a lado com o solo não tratado para responder a essa pergunta no que diz respeito ao solo do projeto.
O resumo e o corpo detalhado do artigo apresentam divergências quanto à porcentagem da resistência à compressão após 15 ciclos. Utilizamos os resultados detalhados e a conclusão, que indicam 34,51 TP3T, e recomendamos a verificação do registro experimental original antes de citar esse valor em uma especificação formal. A diferença não altera a tendência principal: o ciclo de congelamento e descongelamento ainda enfraqueceu o solo modificado com fibra testado.
Uma tendência estável após 15 ciclos de laboratório não constitui prova de que esses 15 ciclos representem todas as condições climáticas ou toda a vida útil do projeto. As temperaturas em campo, o nível de umidade, a taxa de congelamento e o tráfego diferem dessa exposição controlada. O condicionamento adequado em laboratório e o limite de aceitação devem constar no plano de ensaios geotécnicos do projeto.
Por que a dosagem que apresentou os melhores resultados foi de 0,3 por cento
Para um comprimento fixo e condições de teste comparáveis, a resistência primeiro aumentou e depois diminuiu à medida que os pesquisadores adicionavam mais fibra. Tanto os resultados do cisalhamento quanto os da compressão não confinada atingiram seu pico em 0,31 TP3T de massa de solo seco entre os cinco produtos testados. Uma maior quantidade de fibras não significava, necessariamente, que fosse melhor.
Quando o teor aumentou de 0,1% para 0,3%, os ganhos médios de resistência ao cisalhamento relatados dependeram do comprimento das fibras e da pressão de confinamento. Esses ganhos foram de pelo menos 3,2% em todas as comparações descritas pelos pesquisadores. Os ganhos médios de compressão não confinada foram de 1.361 TP3T para a série de 6 mm, 821 TP3T para a série de 9 mm e 791 TP3T para a série de 12 mm. Cada ganho compara dois reforçado com fibra misturas utilizadas no experimento. Isso não deve ser descrito como uma vantagem em relação ao solo não tratado.
Com o mesmo número de ciclos e a mesma duração, a mistura 0,3% também apresentou, em média, uma resistência à compressão 9,8% maior do que a mistura 0,4% na comparação relatada. Uma interpretação técnica provável é que os filamentos adicionados acabam se tornando mais difíceis de espalhar uniformemente e compactar. O estudo não isolou um mecanismo microscópico; portanto, confirmaríamos essa interpretação examinando aglomerados, vazios, teor de água e densidade em um novo ensaio.
Use 0,3% como um centro de ensaios clínicos quando o solo e a fibra do projeto se assemelharem ao sistema testado. Teste um nível inferior e um nível superior ao lado dele. Se um solo diferente exigir uma quantidade diferente, siga o resultado da medição. Registre a porcentagem com base na massa seca em cada folha de ensaio, para que o operador da usina não confunda esse valor com kg/m³ de concreto.
O comprimento da fibra altera o cisalhamento e a compressão de maneiras diferentes
Nessa comparação, a resistência à compressão não confinada aumentou, de modo geral, à medida que o comprimento de corte aumentou de 6 para 9 e para 12 mm. A melhora observada entre 9 e 12 mm foi relativamente pequena. Nas cinco séries de dosagem, os ganhos médios relatados para essa última etapa foram 7,6%, 2,9%, 4,3%, 4,3% e 5,4%.
O resultado do cisalhamento apresentou um padrão diferente. Com menor teor de fibra, a resistência ao cisalhamento atingiu um pico em 9 mm e, em seguida, diminuiu em 12 mm. Com teores de 0,3% ou superiores, a resistência ao cisalhamento relatada geralmente continuou a aumentar com o comprimento. Os pesquisadores originais recomendaram 9 mm como um comprimento equilibrado para o solo e as condições de teste em questão.
Uma fibra mais longa pode cobrir uma distância maior, mas também pode dificultar a mistura uniforme ou alterar a forma como o material se compacta. Uma fibra curta pode se dispersar facilmente, mas oferece uma fixação menos eficaz. Para um projeto em obra, escolha o comprimento de acordo com o requisito de resistência exigido e com a capacidade da equipe de distribuir as fibras por toda a camada compactada.
A Ecocretefiber™ lista atualmente fibra de PP monofilamento em vários comprimentos de corte, incluindo 6, 9 e 12 mm. A página do produto publicada descreve uma densidade de 0,91 g/cm³ e uma variedade de diâmetros. O artigo científico apresentou uma densidade de fibra diferente e outras propriedades do tipo de produto. O fato de o comprimento de corte ser o mesmo não significa que as duas fibras sejam idênticas ou que produzam a mesma resistência ao solo. Solicite à nossa equipe a ficha técnica atualizada e verifique a adequação do material escolhido ao seu próprio solo.
Como transformar as descobertas em um julgamento útil
Comece com uma amostra representativa da área de construção. Determine sua granulometria, plasticidade, teor natural de água, curva de compactação e suscetibilidade à geada, conforme for o caso. Um solo macio de uma determinada região pode se comportar de maneira diferente de um aterro siltoso, um aterro granular ou um solo tratado com cal. Se o projeto utilizar um ligante, considere-o como uma nova mistura e teste-o como tal.
Prepare um grupo de controle bem definido. Inclua o solo não tratado com o mesmo nível de umidade e compactação alvo, em seguida, compare os comprimentos das fibras e os teores de massa seca sob as mesmas condições de condicionamento. Registre a massa seca do solo, a massa das fibras, a adição de água, a umidade real e a densidade seca obtida para cada lote. Defina uma ordem de mistura que permita que as fibras se separem sem formar grumos. A sequência exata deve ser validada no equipamento previsto.
Compacte as amostras de ensaio por meio de um método controlado e meça sua densidade real. A correspondência da dosagem nominal de fibras sem levar em conta a densidade pode resultar em uma comparação de resistência enganosa. Submeta as amostras paralelas ao programa de congelamento e descongelamento selecionado para o projeto e proteja-as contra perda ou ganho descontrolado de água. Realize ensaios em amostras não submetidas a ciclos e em amostras submetidas a ciclos, e documente qualquer fissura ou alteração na forma.
Escolha o indicador de desempenho antes de ver os resultados. ASTM D2166/D2166M-24 abrange a resistência à compressão não confinada de solos coesivos adequados. ASTM D2850-26 abrange ensaios de compressão triaxial não consolidada e não drenada com confinamento. Os métodos abordam diferentes condições de tensão e seus resultados numéricos não devem ser inter trocados. Siga a edição atual do contrato e o procedimento aprovado pelo laboratório.
Para o projeto de pavimentos, considere se o projeto também necessita de evidências diretas sobre o levantamento do solo e o enfraquecimento por degelo. O descontinuado ASTM D5918-13e1 Historicamente, essa norma abordava esses resultados, mas foi revogada em 2022. Não a apresente como uma norma de aceitação vigente. Chegue a um acordo com o projetista geotécnico e o proprietário sobre um programa de ensaios atual e adequado. Um resultado de resistência pós-degelo, por si só, não é suficiente para comprovar o controle do levantamento do solo.
Mistura e verificações no local antes da colocação em escala real
Uma fibra só é eficaz quando atinge o solo de maneira uniforme. Verifique se a fibra selecionada se desdobra facilmente no misturador em si. Inspecione várias amostras de um lote, incluindo material do início e do fim da descarga. Procure por aglomerados e áreas com densidade anormalmente alta teor de fibras. Em seguida, verifique se a mistura ainda pode ser espalhada e compactada na espessura prevista para a camada.
Mantenha a base de massa seca visível no cálculo de campo. Se um lote contiver 2.000 kg de solo seco, 0,3% corresponde a 6 kg de fibra. A massa do solo úmido pode ser maior e varia conforme o teor de água muda. Portanto, a equipe da obra deve converter a meta a partir da massa seca medida ou de uma densidade seca e volume de lote acordados, em vez de estimar com base no peso nominal da carga do caminhão.
No local de teste, meça a umidade e a densidade in situ e verifique a superfície finalizada. Colete amostras ou perfurações de acordo com um plano de amostragem acordado. Um bom resultado de laboratório não salvará uma camada com compactação inadequada, bolsas de umidade ou distribuição irregular. O projeto de drenagem e pavimentação continua sendo parte da solução contra o gelo, conforme a FHWA’s orientações para o tratamento do subleito deixa claro.
A Shandong Jianbang pode fornecer amostras de fibra e as especificações atuais para um teste de qualificação. Informe-nos a classificação do solo, o comprimento alvo da fibra, o equipamento de mistura previsto, a faixa de umidade e os testes necessários. Podemos ajudar na seleção de um tipo de PP para teste, enquanto o engenheiro do projeto define os critérios de aceitação.
Perguntas que compradores e engenheiros costumam fazer
0,3% significa 0,3 quilogramas por metro cúbico?
Não. Neste estudo, isso significa 0,3 kg de fibra por 100 kg de solo seco, ou 3 kg por 1.000 kg de solo seco. A dosagem em kg/m³ depende da densidade seca compactada. As convenções de dosagem de fibras para concreto não devem ser aplicadas a um ensaio com solo.
A fibra impediu o levantamento por geada?
O experimento apresentou resultados de ensaios de cisalhamento e compressão pós-ciclo. Não forneceu uma medição direta do levantamento por geada nem um grupo de controle não tratado para quantificar o benefício do tratamento. Esses resultados precisam ser avaliados separadamente para o projeto.
Todos os projetos em regiões frias deveriam passar por 15 ciclos de congelamento e descongelamento?
Não. As variações de resistência relatadas tornaram-se menores após cerca de 15 ciclos, de acordo com um programa de testes de laboratório. Um projeto deve selecionar regras de exposição e aceitação que reflitam seu clima, condições hídricas, materiais e requisitos contratuais.
12 milímetros são melhores do que 9 milímetros?
Isso depende do objetivo. O estudo constatou um pequeno ganho médio de compressão, de 9 a 12 mm, enquanto as tendências de cisalhamento dependiam do conteúdo e do confinamento. Uma fibra de 9 mm foi a recomendação equilibrada dos pesquisadores para o solo utilizado no teste. Confirme a escolha em um ensaio do projeto.
É possível colocar uma fibra de PP para concreto diretamente no solo?
Um produto vendido para uso em concreto pode estar disponível em um comprimento adequado, mas sua superfície, diâmetro, dispersão e desempenho no solo precisam ser avaliados. Consulte a ficha técnica do produto e realize um teste de mistura e resistência específico para o solo antes de especificá-lo.
Conclusão
A lição mais útil é o padrão da resposta. No solo macio testado, o congelamento e o degelo repetidos reduziram a resistência; um teor médio de fibras apresentou o melhor desempenho entre os cinco níveis de teste; e o melhor comprimento de corte dependia se a preocupação principal era o cisalhamento ou a compressão. A dosagem de solo seco 0,3% e a recomendação de 9 mm são pontos de partida sólidos para uma comparação julgamento, e não valores de projeto garantidos para outro tipo de solo ou para uma classe de Ecocretefiber™.
A Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. fornece o Ecocretefiber™ Opções de fibra de PP e pode ajudar uma equipe de projeto a selecionar amostras para avaliação em laboratório e em campo. Entre em contato com nossa equipe com os dados do solo, o plano de condicionamento e as metas de aceitação. Um ensaio reproduzível oferece uma base muito mais sólida para a aquisição e para a especificação da camada de base.
