COMPORTAMENTO DE SOLOS DO ESTADO DO RIO DE …transportes.ime.eb.br/DISSERTAÇÕES/DIS225.pdf · Ao Professor e Co-orientador M. Sc. Álvaro Vieira, meu primeiro professor de laboratório

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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

1° TEN GIUSEPPE MICELI JUNIOR

COMPORTAMENTO DE SOLOS DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ESTABILIZADOS COM EMULSÃO ASFÁLTICA

Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia de Transportes do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciências em Engenharia de Transportes.

Orientadores: Cap QEM José Renato Moreira da Silva de Oliveira – D. Sc; Profo. Laura Maria Goretti da Motta – D. Sc;

Cel R/1 Álvaro Vieira – M. Sc.

Rio de Janeiro

2006

2

c2006


Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha.

Rio de Janeiro – RJ CEP: 22290-270

Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá

incluí-lo em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar

qualquer forma de arquivamento.

É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre

bibliotecas deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que

esteja ou venha a ser fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações,

desde que sem finalidade comercial e que seja feita a referência bibliográfica

completa.

Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do autor e dos

orientadores.

620.1 Miceli Junior, Giuseppe

M619c

Comportamento de solos do Estado do Rio de

Janeiro estabilizados com emulsão asfáltica / Giuseppe

Miceli Junior – Rio de Janeiro: Instituto Militar de

Engenharia, 2006.

256p.: il.

Dissertação (mestrado) – Instituto Militar de Engenharia – Rio de Janeiro, 2006.

1. Estabilização de solos. 2. Pavimentação. 3.

Mecânica dos solos. I. Título. II. Instituto Militar de Engenharia.

CDD 620.1

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1° TEN GIUSEPPE MICELI JUNIOR

COMPORTAMENTO DE SOLOS DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ESTABILIZADOS COM EMULSÃO ASFÁLTICA

Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em

Engenharia de Transportes do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciências em Engenharia de Transportes.

Orientador: Profo. José Renato Moreira da Silva de Oliveira – D. Sc a Profa. Laura Maria Goretti da Motta – D. Sc. Co-orientador: Profo. Álvaro Vieira – M.Sc.

Aprovada em 22 de dezembro de 2006 pela seguinte Banca Examinadora:

Profº. José Renato Moreira da Silva de Oliveira – D. Sc. do IME - Presidente

Profª. Laura Maria Goretti da Motta – D. Sc. da COPPE/UFRJ

Drª. Leni Figueiredo Mathias Leite – D. Sc. do CENPES/PETROBRAS

Profº. Álvaro Vieira – M. Sc. do IME

Rio de Janeiro

2006

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Dedico este trabalho primeiramente a Deus, aos meus pais, Giuseppe Miceli e Maria Elis Prueza Miceli, pelo perseverante e maravilhoso apoio dado à minha educação e instrução, que hoje se materializam na presente dissertação; e a meus queridos irmãos, Mário Luigi e Alessandra Graziella pelo apoio e pelo companheirismo nas inúmeras fases de minha vida.

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AGRADECIMENTOS

A Deus por ter me dado esse dom maravilhoso de viver e conhecer Seu

amor através de Jesus Cristo.

A meus pais, Giuseppe e Maria Elis. A eles, que me acompanharam nos

momentos difíceis e complicados, que me deram força e me incentivaram

quando em mim não encontrava forças seja na escola, ou no curso do IME, ou

quando estava longe trabalhando, agradeço do fundo de meu coração,

desejando ricas bênçãos de Deus em suas vidas.

A meus irmãos mais novos, Mário e Alessandra, companheiros de

brincadeiras em minha infância e verdadeiros amigos fiéis enquanto adulto.

À minha namorada Luana. Mesmo se eu não tivesse conseguido terminar

meu mestrado, conhecer você e te ter ao meu lado é o maior presente que

Deus poderia ter me dado. Obrigado pelo companheirismo, pela atenção e pelo

carinho que você tem tido comigo!

Ao Exército Brasileiro, pela oportunidade de fazer esse curso e pelo

aprimoramento profissional dado até agora.

A todos os professores do Departamento de Engenharia de Fortificação e

Construção do IME pela dedicação para cada vez mais melhorar o ensino.

Ao Professor e Orientador D. Sc. José Renato Moreira da Silva de Oliveira,

por seu interesse e esforço na orientação da dissertação, e pelo

companheirismo durante todo o curso, seja com conversas informais ou com

conselhos úteis. Muito obrigado, Capitão!

À Professora D. Sc. Laura Maria Goretti da Motta, bem, acho que qualquer

palavra ou elogio aqui escrito seria injusto com a senhora! Se eu hoje sou um

engenheiro interessado em Pavimentação, Geotecnia, asfalto e em outros

assuntos que não tinha interesse em seguir carreira nem em conhecer, é

principalmente porque a senhora foi um exemplo de engenheira, professora e

pesquisadora. Afirmo que sua humildade, disponibilidade e paciência na hora

das mais diversas explicações foram fatores fundamentais para que esta

dissertação lograsse êxito! Obrigado pela boa vontade que desmostrou para

comigo, desde a escolha deste tema até as correções em meus artigos e na

6

minha dissertação! Enfim, agradeço, de coração, pela imensa ajuda que a

senhora me deu, e que sem você, este trabalho teria tido destino

completamente diferente! Muito obrigado, Professora Laura!

Ao Professor e Co-orientador M. Sc. Álvaro Vieira, meu primeiro professor

de laboratório de solos, e com quem tive a honra de ser estagiário neste

mesmo laboratório com a turma do 4° ano FC, por todo apoio e interesse

demonstrado durante minha pesquisa, incluindo os conselhos e as correções

durante os ensaios e seminários. Muito obrigado, Coronel!

À Dra Leni Figueiredo Mathias Leite pela disponibilidade de tempo na

avaliação e pelo interesse demonstrado no acompanhamento desta

dissertação. Muito obrigado, Doutora!

Ao CTPETRO/PETROBRAS – Projeto TAPTS e a FINEP pelo

financiamento do trabalho desenvolvido nesta dissertação.

Ao Professor D. Sc. Salomão Pinto pelos conhecimentos transmitidos na

cadeira de materiais de pavimentação no curso de graduação do IME e no dia-

a-dia do Curso de Mestrado do IME, sendo um referencial e um exemplo vivo

para todos os engenheiros que desejam seguir a bonita carreira de

pavimentação. Agradeço ao Dr. Salomão Pinto também por ter permitido a

utilização do Laboratório de Ligantes do IPR e assim ter ajudado sobremaneira

a minha pesquisa.

Ao Tenente-Coronel de Engenharia Oriente Leal Filho, comandante do 11°

Batalhão de Engenharia de Construção (11° BECnst) , por ter permitido a

utilização de instalações, insumos e equipamentos do Destacamento de

Ipatinga (DITINGA) na construção da pista experimental e na confecção do

Anexo A desta dissertação.

Ao Capitão M.Sc William Rubbioli Cordeiro, chefe da seção técnica do 11°

BECnst, pela ajuda inestimável da construção da pista experimental, auxiliando

em sanar minhas dúvidas relativas à execução de uma pista em campo.

Agradeço ao Capitão Rubbioli também pelo convívio durante o ano passado,

por ocasião de seu Curso de Mestrado aqui no IME.

Ao 1° Tenente de Engenharia Mário Neto, comandante do Destacamento

de Ipatinga (DITINGA) por ter disponibilizado tempo, pessoal e equipamentos

para a execução da pista experimental.

7

Ao 2° Tenente OTT Cássio Murilo, engenheiro residente do Destacamento

de Ipatinga (DITINGA), pelo auxílio técnico e companhismo que marcou minha

estada por ocasião da pista experimental.

Ao CENPES/PETROBRAS pelo fornecimento das emulsões asfálticas e

pelo patrocínio dado na pesquisa.

Ao Engenheiro M.Sc Raphael Barbeto Thuller, pelo apoio na coleta do solo

A em Cachoeiras de Macacu e do solo B em Nova Friburgo, disponibilizando

tempo e meios para que esta dissertação se coroasse de sucesso.

Aos laboratoristas do IME Wanderlei e aos Sargentos Mozeika e Araújo

pela ajuda em todos os ensaios realizados no Laboratório de Solos. Sem

vocês, muitos ensaios não teriam saído!

Aos laboratoristas da COPPE/UFRJ Bororó e Glória e aos Engenheiros

M.Sc Álvaro Augusto Dellê Vianna e Rodrigo Muller pelo auxílio na execução

dos ensaios de caracterização química, dos ensaios dinâmicos e de desgaste

LWT e WTAT

Ao laboratorista do IPR, Sérgio Romário, pela dedicação, seriedade e

ajuda na caracterização das emulsões asfálticas.

Aos colegas das turmas iniciadas em 2004, 2005 e 2006, pelo

companheirismo que sempre marcou nossas conversas e nossas lutas.

8

“Então Ele me disse: A minha graça te basta; porque o poder se aperfeiçoa na fraqueza”

II Corintios 12:9a

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SUMÁRIO

LISTA DE ILUSTRAÇÕES..........................................................................11

LISTA DE TABELAS....................................................................................14

LISTA DE SIGLAS.......................................................................................18

LISTA DE SIMBOLOS.................................................................................19

1 INTRODUÇÃO ................................................................................ 24

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA........................................................... 29

2.1 SOLO ESTABILIZADO........................................................................... 29 2.1.1 Considerações iniciais.............................................................................................29 2.1.2 Estabilização mecânica ...........................................................................................30 2.1.3 Estabilização granulométrica...................................................................................31 2.1.4 Estabilização química..............................................................................................31 2.1.4.1 Definição...............................................................................................................................31 2.1.4.2 Efeitos da estabilização no solo............................................................................................31 2.1.4.3 Solo-cimento .........................................................................................................................33 2.1.4.4 Solo-cal .................................................................................................................................34 2.1.4.5 Materiais não convencionais.................................................................................................35 2.2 EMULSÃO ASFÁLTICA ......................................................................... 35 2.2.1 Produção e descrição de emulsões ........................................................................35 2.2.2 Clasificação das emulsões ......................................................................................37 2.3 MECÂNICA DOS PAVIMENTOS.............................................................. 40 2.3.1 O conceito de resiliência .........................................................................................40 2.3.2 Ensaio triaxial dinâmico...........................................................................................40 2.3.3 Características resilientes de solos.........................................................................45 2.4 O SOLO-BETUME ............................................................................... 48 2.4.1 Histórico da estabilização solo-betume...................................................................48 2.4.2 A físico-química do solo-emulsão............................................................................49 2.4.2.1 Premissas básicas do sistema solo-betume-agua ................................................................49 2.4.2.2 Mecanismo físico-químico do solo-emulsão .........................................................................50 2.4.3 Propriedades inerentes ao solo-emulsão:...............................................................55 2.4.3.1 O solo a ser estabilizado.......................................................................................................55 2.4.3.2 A emulsão a ser usada .........................................................................................................56 2.4.3.3 Aditivos à mistura..................................................................................................................58 2.4.4 Dosagem do solo-emulsão......................................................................................58

10

2.5 NOÇÕES DE ESTATÍSTICA APLICADA.................................................... 62 2.5.1 Planejamento de experimentos...............................................................................62 2.5.1.1 Réplica: .................................................................................................................................64 2.5.1.2 Aleatorização: .......................................................................................................................64 2.5.1.3 Blocagem..............................................................................................................................65 2.5.2 Roteiro para planejamento de experimentos ..........................................................66 2.5.3 Análise estatística de resultados.............................................................................66 2.5.3.1 Regressão simples ...............................................................................................................67 2.5.3.2 Regressão múltipla ...............................................................................................................67

3 MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................. 69

3.1 SOLOS .............................................................................................. 69 3.1.1 Introdução................................................................................................................69 3.1.2 Descrição dos solos adotados.................................................................................70 3.1.3 Coleta e preparação das amostras .........................................................................73 3.1.4 Caracterização química...........................................................................................74 3.1.5 Microscópio eletrônico de varredura .......................................................................76 3.2 EMULSÕES ASFÁLTICAS...................................................................... 78 3.2.1 Descrição das emulsões usadas neste estudo.......................................................78 3.2.2 Coleta e preparação das amostras .........................................................................79 3.3 PROCEDIMENTO DE MISTURA SOLO-EMULSÃO..................................... 79

3.4 ENSAIOS DE MISTURAS SOLO-EMULSÃO ............................................. 84 3.4.1 Ensaio de resistência à compressão simples: ........................................................84 3.4.2 Ensaio de resistência à tração indireta ...................................................................86 3.4.3 Ensaio de módulo de resiliência..............................................................................87 3.4.3.1 Ensaios de solos...................................................................................................................87 3.4.3.2 Misturas asfálticas ................................................................................................................90 3.4.4 Ensaios de desgaste ...............................................................................................91 3.4.4.1 Introdução.............................................................................................................................91 3.4.4.2 LWT (Loaded Wheel Test) ....................................................................................................92 3.4.4.3 WTAT (Wet Track Abrasion Test) .........................................................................................95

4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISES DOS RESULTADOS.................. 97

4.1 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DESTE ESTUDO................................... 97 4.1.1 Ensaios de caracterização dos solos ......................................................................97 4.1.2 Ensaios de caracterização de emulsões deste estudo .........................................101 4.2 ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO DESTE ESTUDO..................................... 102

4.3 PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL ........................................................ 104 4.3.1 Modelo de análise para a compressão simples e para o módulo ........................104 4.3.2 Modelo de análise para outros ensaios.................................................................106

11

4.4 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES............................................. 107 4.4.1 Ensaios de solos puros .........................................................................................107 4.4.2 Ensaios de solos estabilizados..............................................................................109 4.4.2.1 Experimento exploratório ....................................................................................................109 4.4.2.2 Detalhamento do experimento do solo A ............................................................................113 4.4.2.3 Detalhamento do experimento do solo B ............................................................................120 4.4.2.4 Detalhamento do experimento do solo C:...........................................................................128 4.4.2.5 Comparação com trabalhos anteriores ...............................................................................129 4.5 RESISTÊNCIA À TRAÇAO INDIRETA DOS SOLOS DESTE ESTUDO .......... 130 4.5.1 Ensaios de solos puros .........................................................................................130 4.5.2 Ensaios de solos estabilizados..............................................................................130 4.6 MÓDULO DE RESILIÊNCIA DOS SOLOS DESTE ESTUDO ....................... 133 4.6.1 Metodologia de ensaio ..........................................................................................133 4.6.2 Modelos de tensão-deformação: ...........................................................................133 4.6.3 Ensaios de solos estabilizados..............................................................................141 4.6.3.1 O experimento exploratório.................................................................................................141 4.6.3.2 Detalhamento do experimento do solo A: ...........................................................................144 4.6.3.3 Detalhamento do experimento do Solo B: ..........................................................................150 4.6.3.4 Detalhamento do experimento do Solo C: ..........................................................................155 4.7 MÓDULO DE RESILIÊNCIA NA TRAÇÃO DIAMETRAL DOS SOLOS DO

ESTUDO .......................................................................................... 157

4.8 MÓDULO DE ELASTICIDADE DOS SOLOS DESTE ESTUDO .................... 159

4.9 ENSAIOS DE DESGASTE DOS SOLOS DESTE ESTUDO ......................... 161 4.9.1 LWT .......................................................................................................................161 4.9.2 WTAT.....................................................................................................................163 4.10 CORRELAÇÕES ENCONTRADAS NOS ENSAIOS: ................................... 166 4.10.1 MR Versus RCS ...................................................................................................166 4.10.2 RCS Versus RTI..................................................................................................168 4.10.3 RCS Versus fatores...............................................................................................169 4.10.4 MR Versus fatores.................................................................................................169 4.11 EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO MECANÍSTICO................................. 170

4.12 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA ...................................... 173

4.13 CONSIDERAÇÕES FINAIS:.................................................................. 174

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES DE PESQUISAS FUTURAS..... 177

5.1 CONCLUSÕES ............................................................................. 177

5.2 RECOMENDAÇÕES PARA ESTUDOS FUTUROS ...................... 180

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................. 181

12

7 APÊNDICES.................................................................................. 189

7.1 RELATO DE EXPERIMENTO DE CAMPO.................................... 189

7.2 ROTEIRO PARA UMA APLICAÇÃO DE CAMPO .......................... 209

7.3 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE MÓDULO DE RESILIÊNCIA DE

SOLOS .......................................................................................... 214

7.4 RESULTADOS DAS PLANILHAS DE ANÁLISE MECANÍSTICA

REALIZADAS PELO FEPAVE2 ..................................................... 251

7.5 PORTOFLIO DE FOTOGRAFIAS DE MEV REALIZADAS NESTE

TRABALHO ................................................................................... 259

8 ANEXO.......................................................................................... 264

8.1 RESUMO DOS PRINCIPAIS TRABALHOS APRESENTADOS

SOBRE SOLO-EMULSÃO............................................................. 265

13

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIG. 1.1 Base de solo-betume aplicada na RJ-176 (Nova Friburgo -

Sumidouro), com revestimento de tratamento superficial, após 24

anos de uso (THULLER, 2005) .......................................................... 26

FIG. 2.1 Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas............... 36

FIG. 2.2 Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas............... 36

FIG. 2.3 Classificação das emulsões asfálticas catiônicas, segundo a ABNT-

P-EB-472 (PINTO, 1998) ................................................................... 39

FIG. 2.4 Tela de programa de aquisição de dados no equipamento triaxial

dinâmico do IME................................................................................. 42

FIG. 2.5 Equipamento triaxial dinâmico do IME ............................................... 42

FIG.2.6 Distribuição do filme betuminoso na massa de solo: 1-grão de solo;

2- vazios de ar; 3- água intergranular; 4- filme betuminoso; a -

contato entre os grãos (KEZDI ,1979)................................................ 50

FIG. 2.7 Estabilização de uma areia argilosa pura com emulsão asfáltica: (a)

solo puro; (b) solo + 4 %; (c) solo + 8 %. (JACINTHO et al. 2005)..... 51

FIG. 2.8 Estabilização de uma areia pura com emulsão asfáltica: (a) solo

puro; (b) solo + 4 %; (c) solo + 8 %. (JACINTHO et al. 2005) ............ 52

FIG. 2.9 Forças de adesão atuantes entre as fases do solo-emulsão ............. 53

FIG. 2.10 Intervalos de atuação de emulsões aniônicas e catiônicas ................ 57

FIG. 2.11 Representação gráfica dos fatores a, b, c e d da EQ 2.10 na curva

granulométrica (KEZDI, 1979)............................................................ 60

FIG. 2.12 Representação gráfica da EQ 2.12 (KEZDI, 1979)............................. 61

FIG. 3.1 Aspecto da Jazida do Solo A deste estudo, em Cachoeiras de

Macacu/RJ ......................................................................................... 71

FIG.3.2 Detalhe da Jazida do Solo A deste estudo.......................................... 71

FIG.3.3 Aspecto do Talude de Ocorrência do Solo B deste estudo, em Nova

Friburgo/RJ ........................................................................................ 72

FIG.3.4 Detalhe da Jazida do Solo B deste estudo......................................... 72

FIG.3.5 Detalhe do local de ocorrência do Solo C deste estudo, no DCMun,

em Paracambi/RJ............................................................................... 73

14

FIG. 3.6 Detalhe do local de ocorrência do Solo C deste estudo. ...................... 73

FIG. 3.7 Detalhe do Microscópio Eletrônico de Varredura do IME. .................... 77

FIG. 3.8 Detalhe das bases, sem amostras, onde são postas as amostras no

Microscópio Eletrônico de Varredura do IME. .................................... 77

FIG. 3.9 Aparelho de destilação para caracterizar emulsões asfálticas, do

IPR, utilizado neste estudo................................................................. 78

FIG. 3.10 Aparelho de carga de partícula para emulsões asfálticas, do IPR,

utilizado neste estudo......................................................................... 79

FIG. 3.11 Comparação entre (a) gs versus umidade (%) e (b) gs versus

teor de fluidos(%) (JACINTHO, 2005) ................................................ 81

FIG. 3.12 Detalhe da prensa de resistência à compressão simples eletrônica

do IME, usada neste estudo............................................................... 85

FIG. 3.13 Detalhe da tela do sistema da captação de dados do IME, utilizada

neste estudo para a RCS ................................................................... 86

FIG. 3.14Exemplo da planilha de cálculo de módulo resiliente do IME.............. 89

FIG. 3.15 Detalhe do equipamento de ensaio de compressão diametral de

carga repetida com corpo-de-prova de solo-emulsão, do IME........... 91

FIG. 3.16 Detalhe da tela de aquisição de dados do ensaio de compressão

diametral de carga repetida, do IME. ................................................. 91

FIG. 3.17 Foto do equipamento LWT (Loaded Wheel Test) da COPPE – vista

de cima - preparado para ensaio de solo .......................................... 93

FIG. 3.18 Equipamento WTAT (Wet Track Abrasion Test), da COPPE, com

camada de solo a ser testada. ........................................................... 95

FIG. 4.1 Granulometria dos solos estudados ..................................................... 98

FIG. 4.2 Fotografia em MEV, de solo A + 8 % RL-1C, com ampliação de 500

vezes, com destaque em preto de filme betuminoso encontrado. ... 101

FIG. 4.3 Curva de compactação para os solos estudados............................... 103

FIG. 4.4 Padrão de ruptura encontrado nos ensaios de compressão simples

de solos puros.................................................................................. 108

FIG. 4.5 Resultados dos ensaios de RCS Solo A + RL.................................... 114

FIG. 4.6 Resultado dos ensaios de RCS Solo A + RM..................................... 114

FIG. 4.7 Comparação RL versus RM – RCS Solo A + 2 %.............................. 117


15


FIG. 4.10 Comparação RL versus RM – RCS Solo A + 8 % ........................... 118

FIG. 4.11 Comparação Ruptura imediata versus Cura úmida – RCS Solo A.. 120

FIG. 4.12 Resultado dos ensaios de RCS Solo B + RL.................................... 121

FIG. 4.13 Resultado dos ensaios de RCS Solo B + RM................................... 122

FIG. 4.14 Comparação RL versus RM – RCS Solo B + 2 % ........................... 125




FIG. 4.18 Comparação Ruptura imediata versus Cura úmida – RCS Solo B... 127

FIG. 4.19 Resultados de RCS do Solo C + RL................................................. 128

FIG. 4.20 Resultados de RTI do Solo A + RL................................................... 131

FIG. 4.21 Resultados de RTI do Solo B + RL................................................... 132

FIG. 4.22 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ3 – Solo A puro. ..... 134

FIG. 4.23 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σd – Solo A puro. ..... 134

FIG. 4.24 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo A puro ....... 135

FIG. 4.25 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ3 – Solo B puro. ...... 135

FIG. 4.26 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σd – Solo B puro. ...... 136

FIG. 4.27 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo B puro ........ 136

FIG. 4.28 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ3 – Solo C puro....... 137

FIG. 4.29 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σd – Solo C puro....... 137

FIG. 4.30 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo C puro. ....... 138

FIG. 4.31 MR versus σ3 e σd – Solo A puro..................................................... 140

FIG. 4.32 MR versus σ3 e σd – Solo A puro após 7 dias .................................. 140

FIG. 4.33 MR versus σ3 e σd – Solo A puro após 28 dias ................................ 140

FIG. 4.34 MR versus σ3 e σd – Solo B puro...................................................... 140

FIG. 4.35 MR versus σ3 e σd – Solo B puro após 7 dias .................................. 140

FIG. 4.36 MR versus σ3 e σd – Solo B puro após 28 dias ............................... 140

FIG. 4.37 MR versus σ3 e σd – Solo C puro ..................................................... 141

FIG. 4.38 MR versus σ3 e σd – Solo C puro após 7 dias................................. 141

FIG. 4.39 MR versus σ3 , σd – Solo A com 2 % RL-1C – cura de 7 dias ......... 145

FIG. 4.40 MR versus σ3 , σd – Solo A com 2 % RL-1C – cura de 28 dias ........ 145

FIG. 4.41 MR versus σ3 - Solo A com cura úmida, sem e com emulsão ......... 148

16

FIG. 4.42 MR versus σd – Solo A com cura úmida, sem e com emulsão. ....... 149

FIG. 4.43 Deformação permanente em ensaio de módulo – Solo A – (a) cura

úmida – (b) cura seca....................................................................... 149

FIG. 4.44 MR versus σ3, σd – Solo B com 4% RL-1C – ruptura com 7 dias .... 151

FIG. 4.45 MR versus σ3, σd – Solo B com 4% RL-1C – ruptura com 28 dias. . 151

FIG. 4.46 MR versus σ3 – Solo B com cura úmida.......................................... 154

FIG. 4.47 MR versus σd – Solo B com cura úmida......................................... 154

FIG. 4.48 Deformação permanente em ensaio de módulo – Solo B – (a) cura

úmida – (b) cura seca....................................................................... 155

FIG. 4.49 Resultados dos ensaios cíclicos de módulo na tração diametral –

Solo A estabilizado com 7 dias de cura seca ................................... 157


Solo B estabilizado com 7 dias de cura seca ................................... 158

FIG. 4.51 Esboço, nesta curva, da obtenção do módulo de elasticidade......... 159

FIG. 4.52 Resultados do LWT – Solo A puro versus Solo A + 2% RL-1C........ 162

FIG. 4.53 Resultados do LWT – Solo B puro versus Solo B + 4% RL-1C........ 162

FIG. 4.54 Resultados do WTAT – Solo A puro versus Solo A + 2% ............... 164

FIG. 4.55 Resultados do WTAT – Solo B puro versus Solo B + 4% ............... 164

FIG. 4.56 Detalhe do ensaio de WTAT do Solo B ............................................ 165

FIG. 4.57 Correlação RCS x k1 ........................................................................ 167

FIG. 4.58 Correlação RCS x k2, k3 ................................................................... 167

FIG. 4.59 Correlação RCS VERSUS RTI ......................................................... 168

FIG. 4.60 Esquema dos tipos de estrutura a serem analisados ....................... 171

FIG. 4.61 MEV Solo A puro.............................................................................. 173

FIG. 4.62 MEV Solo A com 4% RL-1C (Ampliação 500 X) .............................. 173

FIG. 4.63 MEV Solo B puro.............................................................................. 174

FIG. 4.64 MEV Solo B com 4 % RL-1C (Ampliação 500 X) ............................. 174

FIG. 4.65 Parte dos corpos-de-prova ensaiados neste trabalho ...................... 174

17

LISTA DE TABELAS

TAB. 2.1 Lista dos ensaios de classificação de solos ....................................... 33

TAB. 2.2 Ensaios de classificação de emulsões asfálticas ............................... 38

TAB. 2.3 Níveis de tensões do ensaio de módulo de resiliência para solos

granulares (MEDINA e MOTTA, 2005)............................................... 43


plásticos (MEDINA e MOTTA, 2005).................................................. 44

TAB. 2.5 Níveis de tensões da fase de condicionamento do ensaio de

módulo de resiliência (MEDINA e MOTTA, 2005) .............................. 44

TAB. 2.6 Expressões que relacionam o CBR e o MR (CHAGAS,2004)............ 45

TAB. 2.7 Requisitos granulométricos e de plasticidade de solos a serem

estabilizados segundo várias fontes................................................... 56

TAB. 2.8 Parâmetros de dosagem de solo-emulsão em algumas fontes........... 59

TAB. 3.1 Ensaios de caracterização dos solos .................................................. 74

TAB. 3.2 Ensaios realizados no IPR .................................................................. 78

TAB. 4.1 Resultados de caracterização dos solos ............................................. 98

TAB. 4.2 Caracterização química dos solos....................................................... 99

TAB. 4.3 Caracterização química dos solos – Ataque sulfúrico ......................... 99

TAB. 4.4 Minerais presentes nos solos – Levantamento por meio do.............. 100

TAB. 4.5 Ensaios de caracterização da emulsão RM-1C................................. 102

TAB. 4.6 Ensaios de caracterização da emulsão RL-1C.................................. 102

TAB. 4.7 Níveis e fatores trabalhados na pesquisa exploratória ...................... 105

TAB. 4.8 Resultados dos ensaios de RCS – Solos A , B e C puros................. 108

TAB. 4.9 Resultados dos ensaios de RCS – Solos com cura de 7 dias........... 108

TAB. 4.10 Resultados dos ensaios de RCS – Solos com cura de 28 dias....... 109

TAB. 4.11 Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com solos de estudo ... 110

TAB. 4.12 Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com solos de estudo ... 111

TAB. 4.13 Planilha de resultados do experimento exploratório ........................ 111

TAB. 4.14 Plano experimental do detalhamento .............................................. 112

TAB. 4.15 Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova do solo A ...... 113

TAB. 4.16 Resultados da análise estatística - Solo A + RL-1C – Cura 7 dias.. 115

18

TAB. 4.17 Resultados da análise estatística- Solo A + RL-1C – Cura 28 dias. 115

TAB. 4.18 Resultados da análise estatística- Solo A + RM-1C – Cura 7 dias.. 116

TAB. 4.19 Resultados da análise estatística- Solo A + RM-1C –Cura 28 dias. 116

TAB. 4.20 Solo A + RL-1C – Cura úmida de 7 dias ......................................... 119

TAB. 4.21 Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova, para Solo B . 121

TAB. 4.22 Resultados da análise estatística- Solo B + RL-1C – Cura 7 dias... 123

TAB. 4.23 Resultados da análise estatística- Solo B + RL-1C –Cura 28 dias.. 123

TAB. 4.24 Resultados da análise estatística- Solo B + RM-1C –Cura 7 dias... 123

TAB. 4.25 Resultados da análise estatística- Solo B + RM-1C –Cura 28 dias. 123

TAB. 4.26 Solo B + RL-1C – Cura úmida de 7 dias ......................................... 128

TAB. 4.27 Solo C + RL-1C – Cura seca de 7 dias ........................................... 128

TAB. 4.28 Análise estatística para Solo C + RL-1C – Cura de 7 dias .............. 129

TAB. 4.29 Resultados dos ensaios de RTI – Solos A e B puros e com 7 dias

de secagem ao ar............................................................................. 130

TAB. 4.30 Análise estatística para Solo A + RL-1C – Cura de 7 dias .............. 131

TAB. 4.31 Análise estatística para Solo B + RL-1C – Cura de 7 dias .............. 132

TAB. 4.32 Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência – Solos

puros ................................................................................................ 139


ensaiados após 7 dias de moldagem............................................... 139


ensaiados após 28 dias de moldagem............................................. 139

TAB. 4.35 Módulo de resiliência – parte da planilha de experimento

exploratório ...................................................................................... 142

TAB. 4.36 Planilha de resultados do experimento exploratório do MR ............ 143

TAB. 4.37 Planilha de resultados de módulo do Solo A – Modelo composto... 144

TAB. 4.38 Planilha de resultados de módulo do Solo A – MR versus σ3.......... 146

TAB. 4.39 Planilha de resultados de módulo do Solo A – MR versus σd.......... 146

TAB. 4.40 Planilha de resultados de módulo do Solo A – MR X θ ................... 147

TAB. 4.41 Planilha de resultados de módulo do Solo B – Modelo composto... 150

TAB. 4.42 Planilha de resultados de módulo do Solo B – MR versus σ3.......... 152

TAB. 4.43 Planilha de resultados de módulo do Solo B – MR versus σd.......... 152

TAB. 4.44 Planilha de resultados de módulo do Solo B – MR versus θ .......... 153

19

TAB. 4.45 Planilha de resultados de módulo do Solo C – Modelo composto... 156

TAB. 4.46 Planilha de resultados de módulo do Solo C – MR versus σ3 ......... 156

TAB. 4.47 Planilha de resultados de módulo do Solo C – MR versus σd ........ 156

TAB. 4.48 Planilha de resultados de módulo do Solo C – MR versus θ ........... 156

TAB. 4.49 Módulo de elasticidade de solos puros............................................ 160

TAB. 4.50 Módulo de elasticidade do Solo A ................................................... 160

TAB. 4.51 Módulo de elasticidade do Solo B ................................................... 160

TAB. 4.52 Módulo de elasticidade do Solo C ................................................... 160

TAB. 4.53 Peso perdido do corpo-de-prova durante ensaio WTAT ................ 166

TAB. 4.54 Valores dos fatores utilizados na regressão múltipla....................... 169

TAB. 4.55 Resultados de cálculo de parâmetros as alternativas de estruturas

calculadas pelo FEPAVE2 ............................................................... 172

20

LISTA DE SIGLAS

AASHTO American Association of State Highway and Transportation ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ASTM American Society for Testing and Materials BECnst Batalhão de Engenharia de Construção CAP Cimento Asfáltico de Petróleo CBR Califórnia Bearing Ratio CBUQ Concreto betuminoso usinado a quente CENPES Centro de Pesquisas da Petrobrás COPPE Instituto Alberto Luiz Coimbra de Coordenação de Pós- Graduação e Pesquisa de Engenharia da UFRJ DCMun Depósito Central de Munição DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes IME Instituto Militar de Engenharia IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias LVDT Linear Variable Differential Transformer LWT Loaded Wheel Test MCT Miniatura Compactado Tropical MEV Microscópio Eletrônico de Varredura PETROBRAS Petróleo Brasileiro S/A PMF Pré-Misturado a Frio RCD Rejeitos de Construção e Demolição UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro WTAT Wet Track Abrasion Test

21

LISTA DE SIMBOLOS

εt Deformação de tração εr Deformação resiliente k1,, k2, k3, k4 Coeficientes das equações de módulo resiliente K Constante θ Invariante de tensões σ1, σ2, σ3 Tensões principais atuantes σd Tensão desvio atuante σt Tensão de tração atuante

22

RESUMO

O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento de solos do Estado do Rio de Janeiro estabilizados com emulsão asfáltica, não se restringindo aos ensaios usuais de determinação de resistência, mas utilizando-se também de ensaios mais modernos e recentes, como o módulo de resiliência, o LWT (Load Wheel Test) e o WTAT (Wet Track Abrasion Test). O estudo em laboratório é complementado ainda com análises feitas em microscópio eletrônico de varredura (MEV). Foi feita ainda uma experiência de campo em Minas Gerais que auxiliou na avaliação da seqüência de execução do solo-emulsão em pista. Foi verificado que o acréscimo de emulsão age diferente para solos granulares e finos, modificando significativamente o comportamento mecânico das duas categorias de solos, especialmente melhorando o solo granular analisado, tornando viável a utilização deste tipo de solo melhorado à luz da Mecânica doa Pavimentos.

23

ABSTRACT

The aim of this study is to analyze the behavior of three Rio de Janeiro soils when stabilized with asphalt emulsion using not only the usual tests, but also some recent and modern ones, like the resilient modulus test, the Loaded Wheel Test (LWT) and the Wet Track Abrasion Test (WTAT). The study is also complemented with electronic microscope photos and a field experience in the Minas Gerais State, which helped in soil-emulsion technique. Emulsion addition modifies the structure and the mechanical behavior of granular and fine solis in different ways, the granular soils tend to have a better improvement in mechanical issues than the fine soils.

24

1 INTRODUÇÃO

O mundo passa por um momento único, inimaginável há alguns anos atrás.

O advento do computador pessoal e o maior desenvolvimento das

telecomunicações são alguns sinais de que rapidez é a chave para se vencer

hoje. Para isso, é necessário que o país que deseja se desenvolver invista em

infra-estrutura, de modo a atender melhor às necessidades de seus cidadãos e

das nações do mundo.

Parte dessa infra-estrutura passa pelo sistema de transporte de um país.

Considerando o desafio relativo ao desenvolvimento que o Brasil almeja e a

respectiva necessidade de crescimento econômico, investimentos têm-se

tornado cada vez mais necessários.

O escasso inter-relacionamento entre os núcleos de polarização econômica

vem gerando elevados custos nas relações produtor-consumidor, pela

ausência de meios de transporte adequados. Dentre os problemas de

transporte, ganha realce a infra-estrutura das vias, por ser fator de integração

econômica entre seus pólos de desenvolvimento e corredor primordial de

escoamento da produção nacional destinadas à exportação.

Dentre a miríade de rodovias que fazem parte da malha nacional, tem

destaque um grupo que se caracteriza pelo baixo volume de tráfego. São vias

com pouca movimentação de veículos e que em tese não precisariam de

muitos requisitos para sua construção, mas que beneficiariam diretamente a

população que vive às suas margens.

O baixo volume de tráfego dessas vias repercute de maneira negativa e

positiva para sua pavimentação. Negativa porque são levados em

consideração apenas o custo da obra e a população diretamente atingida.

Positiva porque o baixo volume deve acarretar um pavimento bem mais

econômico (THULLER, 2005).

Por outro lado, é cada vez mais difícil a construção de rodovias hoje em dia,

de acordo com as normas atuais de conservação ambiental, principalmente

pelo passivo ambiental que uma obra como essa provoca.

25

Outro aspecto importante é que há cada vez menos disponibilidade desses

materiais. Todavia, diversas formas alternativas de pavimentação têm sido

pesquisadas a ponto de minimizar todos esses danosos efeitos, tais como:

• A pavimentação com solos finos de comportamento laterítico,

consagrada em vários estados brasileiros, especificamente no

Estado de São Paulo;

• Reutilização e reciclagem dos rejeitos oriundos da própria obra ou

como os resíduos de construção e demolição (RCD) em usos menos

nobres, ou seja, em camadas que não necessitam de uma

capacidade de suporte maior, como o relatado em FERNANDES

(2004);

• A estabilização de solos, que possibilita que um solo local não

recomendado para uso em pavimentação tenha suas características

de resistência e durabilidade melhoradas, permitindo-se assim seu

emprego.

É dentro desse último contexto que se localiza o solo-emulsão, ou seja, a

estabilização de solos com emulsões asfálticas. Segundo SENÇO (2001), dá-

se o nome de estabilização betuminosa aos métodos de construção onde um

material betuminoso (no caso, a emulsão asfáltica de petróleo) é adicionado a

um solo, ou mistura de solos, visando a melhoria das características desse

solo, e a melhoria das características rodoviárias, quer para a construção de

base, quer para a construção de revestimento. Em particular, solo-asfalto é

uma mistura de solo, ou solo mais agregado, com asfaltos diluídos ou

emulsões asfálticas às suas temperaturas próprias de aplicação e em

dosagens adequadas, misturas essas que devidamente compactada, nivelada

e protegida por uma camada de rolamento, apresenta boas condições de

durabilidade e trafegabilidade.

No Brasil, segundo SANTANA (1978), a primeira menção ao uso de solo-

asfalto ocorreu no ano de 1959, na construção de um segmento de 8

quilômetros da BR-135/MA, com o nome de “tratamento contra pó” . Em 1966,

foi feita uma inspeção da rodovia e este trecho se apresentou “em ótimo

estado”. A partir daí, tentou-se pesquisar uma metodologia para revestimento

de rodovias com baixo volume de tráfego. THULLER (2005) relata que na RJ-

26

176, foi utilizada, por volta de 1979, uma base com solo-betume em um trecho

de 9 km. Essa base inicialmente ficou sem revestimento por cerca de 6 meses

por motivos não técnicos e se comportou bem, e a seguir foi revestida com

tratamento superficial. Esta foto feita em 2003, portanto 24 anos após, mostra a

base com boas condições ainda, mesmo com o revestimento bastante

degradado, como na FIG 1.1 (THULLER,2005).

FIG. 1.1 Base de solo-betume aplicada na RJ-176 (Nova Friburgo -

Sumidouro), com revestimento de tratamento superficial, após 24 anos de uso

(THULLER, 2005)

Entretanto, a quantidade de pesquisas sobre o tema no país é pequena e o

volume de obras executadas com essa técnica é quase nulo em relação a

outras técnicas. O aumento do preço do petróleo no mercado internacional

levou ao aumento do custo da emulsão asfáltica, inviabilizando grande parte

das suas aplicações, tornando as obras de pavimentação bem mais caras.

Com o avanço da Mecânica dos Pavimentos, surgiram ensaios bem mais

avançados que os existentes na década de 70, que melhoram a avaliação dos

materiais e da resistência do pavimento: sai de cena a análise empírica,

baseada fortemente em ensaios in loco e entra em seu lugar a análise

mecanística, baseada em medições de tensões e deformações medidas em

equipamentos bem mais avançados como o triaxial dinâmico.

27

Existem várias pesquisas que possuem o solo-asfalto como tema, as quais

serão detalhadas mais adiante. Exemplos dessas pesquisas estão em anais de

diversas Reuniões Anuais de Pavimentação, notadamente da época entre 1982

a 1992. Destaca-se o artigo de MATTOS et al. (1991), onde até se sugere uma

inédita norma de execução de estabilização com betume para ser aprovada

pelo então IPR/DNER. Entretanto, esse esboço de metodologia ainda se

baseia em conceitos empírico-experimentais, como o CBR, para obtenção de

alguns dados de resistência e durabilidade para a boa execução da obra.

É importante um resgate e uma nova avaliação das pesquisas feitas

anteriormente para ampliar o conhecimento conseguido sobre o solo-emulsão,

ampliando a discussão sobre os prós e os contras da aplicação dessa técnica

nos dias atuais, incluindo a análise da influência desta estabilização sob o

ponto de vista da Mecânica dos Pavimentos.

Neste contexto, o objetivo central deste estudo é a caracterização e o

estudo de três solos do Estado do Rio de Janeiro estabilizados com emulsão

asfáltica, em relação à deformabilidade, com o auxílio de métodos da Mecânica

dos Pavimentos.

Este trabalho faz parte de um projeto de pesquisa intitulado TAPTS

(Tratamento Anti-Pó e Tratamento Superficial) que é financiado pelo programa

CTPETRO-FINEP-PETROBRAS, coordenado pela COPPE/UFRJ e com a

participação do IME, USP-SP, UFMG e UFPA. Em cada uma destas

universidades está sendo desenvolvida uma parte do projeto.

A presente dissertação está estruturada em 5 capítulos, 5 apêndices e 1

anexo que tratam dos seguintes assuntos:

Capítulo 1 – Introdução. Trata-se do presente capítulo.

Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica. São apresentados os conceitos

relacionados com estabilização de solos e a Mecânica dos Pavimentos. São

apresentados os conceitos básicos do solo-emulsão, sob o aspecto físico-

químico e experimental, baseado no que já foi estudado anteriormente. É

apresentado também um estado da arte da técnica no Brasil e no mundo, com

base no que foi possível encontrar em congressos e encontros de

pavimentação;

28

Capítulo 3 – Materiais e Métodos. São apresentados os materiais utilizados

nos experimentos realizados, assim como a descrição dos métodos de ensaios

e procedimentos utilizados na fase experimental;

Capítulo 4 – Apresentação e Análises dos resultados. São apresentados

todos os resultados obtidos neste trabalho sendo realizadas as análises dos

mesmos, incluindo um exemplo de dimensionamento de pavimento com e sem

emulsão asfáltica.

Capítulo 5 – Conclusões e Recomendações – São apresentadas as

conclusões finais obtidas e as sugestões para futuras pesquisas.

No Apêndice A encontra-se o relatório da aplicação da técnica de

estabilização com emulsão asfáltica em uma experiência no município de

Iapu/MG, com a participação do 11° Batalhão de Engenharia de Construção.

No Apêndice B é apresentado um roteiro de dimensionamento de

pavimentos com e sem emulsão asfáltica, acompanhado por um relato de

como seria sua execução em campo.

No Apêndice C apresentam-se os resultados obtidos nos ensaios de

módulo de resiliência dos solos puros e das misturas estabilizadas.

No Apêndice D apresentam-se as planilhas de resultado de cálculo de

pavimentos através do FEPAVE.

No Apêndice E é apresentado um portfólio com todas as fotografias de

microscopia eletrônica de varredura (MEV) de solos puros e das misturas

estabilizadas.

No Anexo A encontra-se um quadro-resumo dos principais trabalhos já

apresentados em Reuniões Anuais de Pavimentação.

29

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 SOLO ESTABILIZADO

2.1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Quando o engenheiro que projeta uma estrutura ou obra de terra se depara

com um solo ou terreno de má qualidade, ele pode adotar uma das seguintes

atitudes, (MEDINA e MOTTA, 2004):

a) Evitar ou contornar o solo ruim: por exemplo, adaptar o traçado de uma

estrada de modo a contornar uma área pantanosa ou modificar o greide da

estrada de modo a evitar uma camada de solo expansivo;

b) Remover o solo ruim e substituí-lo por outro de boa qualidade, por

exemplo, construir aterro de material arenoso com expulsão e dragagem de

turfa e argila mole subjacente, ou manter o greide de uma estrada escavando a

camada de solo argiloso do subleito;

c) Projetar a estrutura ou obra de terra para situação de terreno de

fundação má (“conviver” com a situação difícil), por exemplo, aterro “flutuante”

que recalque e seja renivelado após algum tempo, ou calcular a espessura do

pavimento para as condições de solo expansivo do subleito num corte;

d) Tratar o solo de modo a melhorar suas propriedades mecânicas e

susceptibilidade aos efeitos ambientais: por exemplo, pré-comprimindo ou

promovendo a drenagem com drenos verticais na argila do subsolo sob um

aterro, ou misturando cal ao solo expansivo do subleito de um pavimento.

Entre essas quatro alternativas, a última é chamada de estabilizar um solo.

Estabilização de um solo, segundo MEDINA e MOTTA (2004), é o

tratamento a que se submete um solo para melhorar-lhe as características de

resistência, sejam elas a diminuição da compressibilidade, a melhoria de sua

resistência ao cisalhamento, e o aumento ou diminuição da permeabilidade.

Os processos de estabilização de solos são agrupados didaticamente sob

os seguintes aspectos, de acordo com MEDINA e MOTTA (2004):

30

• Melhoria geral de propriedades do solo – Compactação: é o processo

mais simples e que atinge todas as propriedades;

• Melhoria radical das propriedades principais – Adição de produtos

químicos (cimento Portland, cal, cinzas volantes, ligantes betuminosos,

rejeitos industriais, etc);

• Melhoria moderada de solos de fronteira (quase satisfazem a

especificações) – Estabilização granulométrica (mistura de um ou mais

solos ou materiais). Solo modificado por pequenas porções de produtos

químicos (cimento, cal, etc);

• Tratamento contra água ou impermeabilização – Asfalto, produtos

químicos e membranas;

• Tratamento contra poeira e erosão – Cloreto de sódio, cloreto de cálcio,

etc;

Cresce também o uso de materiais diversificados para estabilização de

solos: rejeitos industriais, rejeitos de construção civil, geotêxteis. Estes últimos

possuem como principal característica a de melhorar o solo sem interferir de

forma direta no mesmo.

A escolha do produto adequado a ser usado depende do uso para o qual é

pretendido. A quantidade de estabilizante é geralmente determinada por testes

laboratoriais de dosagem, que envolvem ensaios de durabilidade e de

susceptibilidade ao tempo, que simulam as condições de trabalho no campo.

O comportamento de cada produto é muito diferente de outros: cada um

tem seu uso particular e em conseqüência, cada um tem sua limitação.

Os principais tipos de estabilização, com seu respectivo mecanismo, são a

estabilização mecânica, a estabilização granulométrica e a estabilização

química, que passam a ser detalhados a seguir.

2.1.2 ESTABILIZAÇÃO MECÂNICA

Trata-se do método mais utilizado e mais antigo nas construções das

estradas. Por aplicação de uma energia externa de compactação aplicada ao

solo diminuem-se os vazios tornando-os mais resistentes aos esforços

31

externos, alterando-se a compressibilidade e a permeabilidade do solo sendo

usado em conjunto com os outros dois métodos de estabilização (MEDINA e

MOTTA, 2004).

2.1.3 ESTABILIZAÇÃO GRANULOMÉTRICA

Consiste na mistura de dois ou mais solos, de forma íntima, e sua posterior

compactação. Procura-se obter mistura densamente graduada e de fração fina

plástica limitada. De fato, VOGT (1971) exemplifica como uma mistura de areia

e argila em proporção definida e compactada na umidade ótima.

Porém, existem materiais naturais que podem ser utilizados sem mistura ou

adição, mesmo assim, as especificações de materiais para base ou sub-base

recebem o nome de “base estabilizada granulometricamente”. (MEDINA e

MOTTA, 2004)

2.1.4 ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA

2.1.4.1 DEFINIÇÃO

Consiste na adição de um ou mais produtos químicos (agente

estabilizador) que, ao solidificarem ou reagirem com as partículas de solo

aglomeram-nas, vedam os poros ou tornam o solo repelente à água. Quando

se utiliza a cal o efeito químico é mais importante; quando se utiliza o cimento

portland e a emulsão asfáltica existe tanto efeito químico quanto físico.

(MEDINA e MOTTA, 2004).

2.1.4.2 EFEITOS DA ESTABILIZAÇÃO NO SOLO

Segundo MEDINA e MOTTA (2004), quando se forma a mistura solo-

estabilizador pode ocorrer que o estabilizador forme ou não uma matriz

contínua com solo. Na matriz contínua o agente estabilizador preenche todos

32

os poros e as partículas de solo ficam nela mergulhadas como se fosse um

inerte de enchimento. Neste caso as propriedades do sistema são

essencialmente as da matriz e as propriedades mecânicas do estabilizador

predominam. É o caso do solo estabilizado com cimento. Na matriz

descontínua o estabilizador não preenche todos os poros e então podem

ocorrer três modos de ação:

• Modificação das características das superfícies das partículas (por

exemplo: a cal);

• Vedação inerte dos poros (por exemplo: o silicato de cálcio);

• Interconexão das partículas de solo por pontos de contato (por exemplo:

solo melhorado com cimento).

Como reações físicas resultantes da mistura solo-estabilizador podem-se

listar:

• Hidratação: por exemplo, cimento portland;

• Evaporação: por exemplo, emulsões asfálticas;

• Adsorção: por exemplo, impermeabilizantes.

Como exemplo de reações químicas poderiam ser citados: troca catiônica,

carbonatação e cimentação que ocorrem nos grãos de solo.

O agente químico também modifica as relações solo-água, principalmente

nos solos argilosos. Ocorre que as partículas de argila de dimensões coloidais

apresentam carga elétrica superficial predominantemente negativa que atrai os

cátions adsorvidos hidratados. Isto pode alterar ou ser alterado conforme se

queira quando se introduz os elementos químicos, aumentando ou diminuindo

a concentração de eletrólitos na água, por exemplo. A agregação é o fenômeno

físico-químico mais importante para a estabilização de solos argilosos visto que

muda a dupla camada dos argilominerais (MEDINA e MOTTA, 2004).

Seja qual for o estabilizante a ser usado, a escolha do produto deve ser

baseada no efeito desejado a ser acrescentado ao solo. Devem ser feitos

ensaios para se avaliar a efetividade da estabilização. Os testes convencionais

a serem feitos para se avaliar eventuais mudanças de características no solo e

na mistura solo-estabilizante estão na TAB 2.1.

33

TAB. 2.1 Lista dos ensaios de classificação de solos

ENSAIO DISCRIMINAÇÃO

DNER ME 041/94 Preparação de amostras para caracterização

DNER ME 051/94 Análise granulométrica

DNER ME 082/94 Determinação do limite de plasticidade

DNER ME 122/94 Determinação do limite de liquidez

DNER ME 129/94 Compactação de amostras deformadas

DNER ME 049/94 Índice de suporte Califórnia (CBR)

Em termos de capacidade de carga, é importante salientar que o ensaio de

CBR não deve ser o ensaio de avaliação da estabilização, já que o princípio

deste ensaio não se aplica a este tipo de material (MEDINA e MOTTA, 2004).

O solo-emulsão, objeto dessa tese, será estudado em tópico específico;

serão abordados a seguir sucintamente os principais tipos de estabilizações

conhecidos e aplicados no Brasil: o solo-cimento e o solo-cal.

2.1.4.3 SOLO-CIMENTO

A estabilização de solos por cimento é um processo bastante conhecido no

mundo e no Brasil, e é dividida em categorias, de acordo com o modo como a

mistura é feita (KEZDI, 1979; MEDINA e MOTTA, 2004):

a) Solo-cimento: é um material endurecido pela cura de uma mistura íntima

compactada mecanicamente de solo pulverizado, cimento portland e água,

sendo esse endurecimento avaliado por critérios de durabilidade e resistência à

compressão simples de corpos de prova. Normalmente é utilizado como base

ou sub-base;

b) Solo modificado: é um material não endurecido ou semi-endurecido que é

julgado pela alteração dos índices físicos e ou capacidade de suporte do solo.

Utiliza-se um teor baixo de cimento que não deve ser maior que 5%. Pode ser

utilizado como base, sub-base ou subleito;

c) Solo-cimento plástico: difere do solo-cimento definido antes por ser

utilizada uma quantidade maior de água durante a mistura de forma a produzir

uma consistência de argamassa na ocasião da colocação. Não é usado em

34

construção de estruturas de pavimentos, mas sim como revestimentos de

taludes e canais. Para maiores detalhes ver em MARANGON (1992).

O tratamento com o cimento faz a plasticidade cair bastante com

quantidades crescentes de cimento. Quanto à densidade máxima e teor ótimo

de umidade não há grandes variações em relação ao solo puro. Para que a

estabilização com cimento seja viável economicamente, o solo deve ser mais

arenoso que argiloso. (YODER e WITCZAK, 1975; MEDINA e MOTTA, 2004)

O método de dosagem estabelecido pela ABNT NBR 12253 prevê: realizar

ensaio de resistência a compressão simples de corpos de prova moldados no

cilindro Proctor, após cura de 7 dias, com vários teores de cimento. O teor de

cimento que conduzir à resistência de 2,0 MPa é o teor de projeto do solo-

cimento.

Há um método alternativo para estimar este valor de estabilização com o

cimento que é chamado método físico-químico, desenvolvido pelo professor

Francisco Casanova. Consiste em se verificar, dentro de provetas

padronizadas qual é o teor de cimento que conduz à maior variação de volume

em relação ao solo puro. SILVA (2003) utilizou esse método para avaliar a

estabilização de solos com cimento no centro-norte do Mato Grosso.

2.1.4.4 SOLO-CAL

A cal é produzida pela calcinação de calcário britado a uma temperatura

inferior a de início de fusão (850º a 900º C) gerando a chamada cal viva ou

virgem, que combinada com a água produz a cal extinta ou hidratada. Esta tem

sido geralmente utilizada em argamassa e revestimentos na construção civil.

Na estabilização de solos para pavimentação seu uso no país é menor que o

do cimento.

O efeito da cal nas propriedades do solo, segundo MEDINA e MOTTA

(2004) pode ser visto sob vários aspectos: distribuição granulométrica,

plasticidade, resistência e compactação. Todavia, deve-se fixar a idade de cura

para referenciar o controle da compactação no campo.

A resistência depende de vários fatores: teor de cal, tipo de cal, tipo de

solo, densidade, tempo de cura e durabilidade. O tipo de cura usual em

35

laboratório é a úmida (sem perda de umidade) e à temperatura ambiente pouco

variável. Os solos aos quais este tipo de estabilização mais se aplica são os

argilosos.

2.1.4.5 MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS

Com o avanço das técnicas e da pesquisa, muitos outros materiais não

convencionais têm sido utilizados na estabilização de solos. Podem ser

distinguidos dois grupos entre eles:

• Rejeitos industriais como a escória de alto forno, a cinza volante, escória

de aciaria e rejeitos de construção civil (entulho de construção, agregado

reciclado) (FERNANDES, 2004; LEITE et al. 2006)

• Produtos químicos diversos, entre eles o sulfonato de lignina, ácido

fosfóricos ou estabilizantes comerciais (KEZDI, 1979).

2.2 EMULSÃO ASFÁLTICA

2.2.1 PRODUÇÃO E DESCRIÇÃO DE EMULSÕES

A emulsão asfáltica é uma fase asfáltica dispersa em uma fase aquosa,

com ajuda de um agente emulsificante. São obtidas combinando com água o

asfalto aquecido, em um meio intensamente agitado, e na presença dos

emulsificantes, que têm o objetivo de dar certa estabilidade ao conjunto, de

favorecer a dispersão e de revestir os glóbulos de betume de uma película

protetora, mantendo-os em suspensão (PINTO, 1998). Para a fabricação das

emulsões são utilizados equipamentos que realizam uma agitação intensa a fim

de obter as dispersões mais finas e mais estáveis possíveis.

Os emulsificantes ou produtos tenso-ativos utilizados na fabricação das

emulsões são divididos em duas grandes categorias: aniônico (onde o

emlsificante é um sabão com um ânion orgânico ligado a um álcali) e catiônico

(onde o emulsificante é um sal de amina). Geralmente, esses emulsificantes

são adicionados em pequena quantidade, na ordem de 1,5 % sobre a emulsão,

36

(PINTO, 1998). Uma representação desse processo é mostrada na FIG 2.1, de

COSTA(2004).

FIG. 2.1 Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas.

(COSTA, 2004).

Entende-se como ruptura a desestabilização de uma emulsão, fenômeno

que ocorre quando os glóbulos de asfalto, dispersos na fase aquosa, sofrem

uma ionização (reação do emulsificante) ao contato com superfícies de

substrato ou do agregado mineral, e os mesmos se fundem, formando uma

película contínua de cobertura da superfície banhada, com a expulsão da água

do sistema pela reação química ou pela evaporação física, como

esquematizado na FIG 2.2 (COSTA, 2004).

FIG. 2.2 Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas.

(COSTA, 2004)

As emulsões asfálticas catiônicas rompem pela adsorção da parte polar da

molécula de emulsificante pelo agregado mineral com o qual entram em

contato (COSTA, 2004).

O agregado se recobrirá de um filme graxo hidrófobo, que repelirá a água e

fixará o ligante asfáltico, e a reação se processa independentemente das

37

condições de umidade do agregado, e este comportamento é importante por

permitir o trabalho em condições climáticas de tempo úmido (COSTA, 2004).

A velocidade de ruptura depende de:

• Composição química do emulsificante;

• Natureza mineralógica do agregado (mais ou menos reativo);

• Superfície específica do agregado (área de recobrimento).

2.2.2 CLASIFICAÇÃO DAS EMULSÕES

As emulsões são classificadas de acordo com a velocidade com que

rompem e com a carga elétrica que possuem.

Quanto à velocidade com que as emulsões rompem, as emulsões asfálticas

se classificam em:

• Ruptura Rápida – RR: Indicadas principalmente para pinturas de ligação

em substituição aos asfaltos diluídos e em tratamentos superficiais;

• Ruptura Média – RM: Indicadas para misturas com agregados graúdos;

• Ruptura Lenta – RL: Indicadas para misturas com agregados miúdos.

Quanto às cargas elétricas determinadas pelo tipo de emulsificante, as

emulsões asfálticas classificam-se em:

• Não-iônicas: Os glóbulos de asfalto são neutros;

• Aniônicas: Os glóbulos de asfalto são carregados eletronegativamente.

Apresentam boa adesividade em agregados do tipo eletropositivo,

principalmente os de natureza calcária;

• Catiônicas: Os glóbulos de asfalto são carregados eletropositivamente.

Apresentam boa adesividade em agregados de arenitos e granitos.

As emulsões catiônicas apresentam boa adesividade aos agregados cujas

cargas elétricas superficiais são eletronegativas, (tais como arenitos e granitos

com elevada percentagem de sílica). As aniônicas, contudo, têm boa

adesividade aos agregados do tipo eletropositivo, ou seja, os de natureza

calcária (PINTO, 1998). A relação das emulsões com os solos ainda será

discutida neste trabalho e é vital para o entendimento do solo-emulsão.

As emulsões catiônicas e aniônicas são classificadas pela sua ruptura,

viscosidade, teor de solvente e resíduo asfáltico. São classificadas por duas

38

letras, que indicam o tipo de ruptura da emulsão; um número (1 ou 2) que

indicam sua viscosidade, o número maior correspondendo a uma viscosidade

maior podendo ser ou não acompanhada da letra C, indicativa de emulsão

catiônica. Assim:

• RR-1C, RR-2C: Emulsões de ruptura rápida catiônicas;

• RR-1, RR-2: Emulsões de ruptura rápida aniônicas;

• RM-1C, RM-2C, RM-1,RM-2: Emulsões de ruptura média;

• RM-1,RM-2: Emulsões de ruptura média aniônicas;

• RL-1C: Emulsões de ruptura lenta catiônicas.

Existem ainda as emulsões especiais, muito utilizadas na fabricação de

lamas asfálticas e identificadas pelas letras LA, seguidas de uma ou mais

identificações referentes à ruptura e carga de partícula, da mesma forma que

as anteriores.

As especificações brasileiras, normatizadas pelo IBP/ABNT-P-EB-472,

fixam as características exigíveis às emulsões asfálticas para produção e

comercialização, como mostrado na FIG 2.3, com base em faixas de resultados

experimentais obtidas nos ensaios de classificação, listadas na TAB 2-2.

TAB. 2.2 Ensaios de classificação de emulsões asfálticas

Ensaio de classficação Norma técnica reguladora

Ensaio de viscosidade Saybolt-Furol P-MB-581 Ensaio de sedimentação NBR 6570

Ensaio de peneiração P-MB-609 Ensaio de resistência à água NBR 6300

Ensaio de mistura com cimento NBR 6297 Ensaio de mistura com filer silícico NBR 6302

Ensaio de carga de partícula NBR 6567 Ensaio de destilação NBR 6568

Ensaio de desemulsibilidade NBR 6569

39

FIG. 2.3 Classificação das emulsões asfálticas catiônicas, segundo a ABNT-P-

EB-472 (PINTO, 1998)

40

2.3 MECÂNICA DOS PAVIMENTOS

2.3.1 O CONCEITO DE RESILIÊNCIA

O primeiro estudo sistemático da deformabilidade dos pavimentos deve-se

ao engenheiro norte-americano Francis Hveem, em 1955. O órgão rodoviário

da Califórnia havia começado, em 1938, medições de deflexões de pavimentos

sujeitos ao tráfego. É dessa época também o primeiro sistema de medição de

deflexões e o estabelecimento empírico de valores máximos admissíveis para a

vida de fadiga satisfatória de pavimentos.

Hveem entendia que o trincamento progressivo dos revestimentos se devia

à deformação resiliente (elástica) das camadas subjacentes, principalmente o

subleito. O termo resiliência, pela primeira vez então empregado, significa

energia armazenada num corpo deformado elasticamente, a qual é devolvida

quando cessam as tensões causadoras das deformações (CHAVES, 2000;

MEDINA e MOTTA, 2005).

No âmbito brasileiro, os estudos de laboratório sobre resiliência dos solos,

iniciados em 1977 na COPPE/UFRJ, tiveram como referência fundamental o

Special Report 162 do TRB de 1975 (MEDINA e MOTTA, 2005). Na elaboração

de várias teses de mestrado e doutorado no estudo da mecânica dos

pavimentos, foi obtida grande quantidade de informações sobre o

comportamento em carregamentos cíclicos de solos brasileiros (como em

SVENSON, 1980, com solos argilosos; PREUSSLER, 1978, com solos

arenosos) bem como, em misturas betuminosas (como em PINTO, 1991) e em

bases cimentadas (como em CERATTI, 1991). A partir destes dados, foi

possível se obter parâmetros de resiliência e modelos de fadiga, adotados para

dimensionamento de reforço dos pavimentos flexíveis por PREUSSLER (1983)

e nos dimensionamentos de pavimentos novos (MOTTA, 1991).

2.3.2 ENSAIO TRAIAXIAL DINÂMICO

A determinação da resiliência dos solos para fins de pavimentação é obtida

através do método de ensaio do DNER (ME 131/94).

41

O módulo resiliente é definido como a relação entre a tensão desvio

aplicada em uma amostra de solo e a correspondente deformação específica

vertical resiliente que ela provoca, dada por EQ 2.1

r

dRM

εσ

= EQ 2.1

Onde:

MR - módulo resiliente, expresso em MPa ou kgf/cm2;

σd - tensão desvio aplicada repetidamente, expresso em MPa ou kgf/cm2;

εr - deformação específica resiliente, é o resultado do deslocamento axial

resiliente dividido pela altura inicial do corpo de prova ensaiado.

Os primeiros ensaios triaxiais de cargas repetidas no Brasil usavam corpos

de prova de 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura. Um sistema de ar comprimido

com manômetros e válvulas permitia aplicar a tensão confinante (σ3) e a tensão

desvio (σd). Através de um temporizador, regulava-se o tempo de atuação da

pressão de ar e o intervalo de aplicações sucessivas através de ligações do

cilindro de pressão com o cabeçote, através do qual as forças verticais do

pistão eram transmitidas. Podia-se aplicar carga à freqüência de até 3 Hz,

sendo normalmente adotada a de 1 Hz, (MEDINA e MOTTA, 2005).

A medição dos deslocamentos verticais sob o carregamento de

compressão alternado era feita com transdutores do tipo LVDT (“linear variable

displacement transducer”) que eram presos em alças ou braçadeiras leves.

Consistia em uma bobina presa numa alça e o núcleo preso em outra alça,

paralela, permitindo deslocar-se dentro da bobina. Esse deslocamento gera um

sinal elétrico que depois de amplificado era registrado num oscilógrafo. O

deslocamento relativo do núcleo deve ser calibrado com um micrômetro, sendo

diferenciados o deslocamento resiliente ou elástico do deslocamento

permanente (MEDINA e MOTTA, 2005).

Com o avanço dos meios eletrônicos e da computação, o equipamento

triaxial passou por várias fases de atualização. MEDINA e MOTTA (2005)

relatam que em 1986 foi construída uma nova câmara triaxial de grandes

dimensões, com o objetivo de ensaiar materiais granulares com partículas até

38 mm de diâmetro, mantendo-se a relação (4:1) entre diâmetro do corpo de

42

prova e diâmetro dos grãos da amostra. As principais mudanças foram sentidas

na posição e na fixação dos LVDTs: são fixados no cabeçote e tendo ligação

com o exterior da câmara.

Em 2001, o equipamento foi completamente automatizado. O novo sistema

foi concebido pelos engenheiros Ricardo Gil Domingues e Álvaro Augusto Dellê

Vianna e está descrito na dissertação de mestrado do segundo autor,

(VIANNA, 2002).

No âmbito do Instituto Militar de Engenharia, o referido equipamento em

sua última versão foi instalado em 2002, tendo sido primeiramente utilizado na

dissertação de mestrado de CHAGAS (2004). O equipamento triaxial dinâmico

instalado no IME é apresentado nas FIG 2-4 e 2-5.

FIG. 2.4 Tela de programa de aquisição de dados no equipamento triaxial

dinâmico do IME

FIG. 2.5 Equipamento triaxial dinâmico do IME

43

O ensaio triaxial dinâmico de cargas repetidas é executado em duas fases:

a primeira, chamada de fase de condicionamento, onde se pretende reduzir a

influência de deformações plásticas grandes e da história de tensões própria do

solo; a segunda, o ensaio propriamente dito, onde se aplicam ao solo pares de

tensões desvio e de tensões confinantes, medindo suas deformações

resilientes, e após um processo adequado de regressão calculam-se as

constantes K dos modelos de módulo resiliente.

HICKS (1970) foi quem primeiro escolheu os pares de tensão confinante e

tensão desvio (σ3 e σd) de forma a cobrir toda a gama de pares gerados no

pavimento pela passagem do eixo padrão e cargas próximas a ele. Os pares

de tensão também eram diferentes de acordo com o tipo de solo (arenoso ou

argiloso), o que serviu de base para as pioneiras teses de PREUSSLER (1978)

e SVENSON (1980) e também para o método atual de ensaio do DNER, o ME

131/94, apresentados nas TAB 2-3 e 2-4.


granulares (MEDINA e MOTTA, 2005)

σ3 (kgf/cm2) σd (kgf/cm2) σ1 / σ3 0,210 2,00 0,420 3,00 0,210 0,630 4,00 0,350 2,00 0,700 3,00 0,350 1,050 4,00 0,525 2,00 1,050 3,00 0,525 1,575 4,00 0,700 2,00 1,400 3,00 0,700 2,100 4,00 1,050 2,00 2,100 3,00 1,050 3,150 4,00 1,400 2,00 2,800 3,00 1,400 4,200 4,00

44


plásticos (MEDINA e MOTTA, 2005)

σ3(kgf/cm2) σd(kgf/cm2) σ1 / σ3 0,210 2,00 0,350 2,67 0,525 3,50 0,700 4,33 1,050 6,00 1,400 7,67

0,210

2,100 10,00

Baseada no artigo de MOTTA et al. (1990), a COPPE/UFRJ e

posteriormente o IME passaram a utilizar os pares de tensão mostrados para

solos arenosos, independentemente da quantidade de finos presentes na

amostra. De acordo com o referido artigo, considera-se que não há justificativa

em se adotar, para solos argilosos, os estados de tensão referentes a apenas

uma tensão confinante para 7 níveis diferentes de tensão desvio. Tal método

foi adotado pois os solos argilosos são mais dependentes da tensão desvio que

da tensão confinante.

Entretanto, nos solos tropicais, a quantidade de finos nem sempre dita o

comportamento tensão-deformação não linear do solo, causando o rompimento

prematuro dos corpos de prova na utilização do conjunto proposto na TAB 2.4,

(MOTTA et al. 1990; MEDINA e MOTTA, 2005).

As tensões de condicionamento aplicadas antes de se fazerem as leituras

também variam. Na prática brasileira atual usam-se os pares contidos na TAB

2.5. As leituras de deformação específicas correspondentes a cada par de

tensões no ensaio se fazem após 10 repetições de carga em cada nível.

TAB. 2.5 Níveis de tensões da fase de condicionamento do ensaio de

módulo de resiliência (MEDINA e MOTTA, 2005)

σ3(kgf/cm2) σd(kgf/cm2) σ1 / σ3 0,210 0,210 2,00

0,210 0,690 2,00

1,050 3,150 4,00

45

Diversos autores têm se esforçado em conseguir correlações entre o

módulo de resiliência e grandezas mais simples de serem obtidas, como o

ângulo de atrito interno e a coesão (ZAMAN et al.,1994), massa específica e

umidade (HICKS e MONISMITH, 1971), módulo tangente inicial (PARREIRA et

al, 1998, SILVA, 2004). CHAGAS (2004) dá exemplo de várias correlações

entre módulo de resiliência e o ensaio de penetração CBR, como na TAB 2.6.

TAB. 2.6 Expressões que relacionam o CBR e o MR (CHAGAS,2004)

Autores Expressão

Heukelon e Klomp (1962) –

SHELL

MR (psi) = 1500 CBR

Green e Hall (1975) MR (psi) = 5409 CBR0,711

South African Council on Scientific

and Industrial Research (CSIR)

MR (psi) = 3000 CBR0,65

Lister (1987) MR (psi) = 2555 CBR0,64

2.3.3 CARACTERÍSTICAS RESILIENTES DE SOLOS

PREUSSLER (1978) e SVENSON (1980) relacionam alguns fatores que

influenciam no comportamento resiliente de solos:

• Tensão confinante;

• Tensão desvio;

• História de tensões;

• Duração e freqüência da tensão desvio;

• Grau de saturação;

• Graduação das partículas;

• Energia de compactação;

• Número de aplicações da carga.

Fixadas a duração da aplicação de carga e freqüência, a saturação, a

energia de campo e de aplicação de cargas, o MR de um determinado solo,

ainda assim, em geral, não é constante, mas sim elástico não linear.

Para cada solo o módulo de resiliência poderá ser expresso como uma

46

função do estado de tensão aplicado durante o ensaio por modelos

matemáticos com constantes experimentais. Os primeiros modelos desse tipo

de função foram encontrados na tese de HICKS (1970) e no documento do

TRB (1975) e são mostrados nas EQ 2.2, EQ 2.3 e EQ 2.4 (MEDINA e MOTTA,

2005):

MR = k1 σ3

k2 EQ 2.2

MR = k2 + k3 (k1 - σd ) (σd < k1) EQ 2.3

MR = k2 + k4 (σd – k1) (σd > k1) EQ 2.4

onde

k1, k2, k3, k4 são constantes determinadas através de regressões múltiplas;

O modelo definido na EQ 2.3, definido por HICKS, é mais comum em solos

com menos de 50% passando na peneira n° 200, de origem saprolítica ou

laterítica, e também, sedimentar. Por isso, o modelo é chamado de modelo

granular ou modelo arenoso (MEDINA e MOTTA, 2005)

Também é definido o modelo em função do chamado invariante de tensões

θ, que é a soma das tensões principais σ3 , σ2 e σ1, como mostrado na EQ 2.5.

MR = k1 θk2 EQ 2.5

onde

θ = σ1 + σ2 + σ3

O modelo definido nas EQ 2.3 e EQ 2.4 é mais comum em solos finos e

plásticos, com mais de 50% passando na peneira n° 200. São geralmente solos

lateríticos de subleitos, e apresentam variação acentuada do módulo com

tensões desvio baixas. O modelo por isso é chamado modelo argiloso ou bi-

linear (MEDINA e MOTTA, 2005)

A dificuldade em se definir o ponto de transição entre as duas retas no

modelo bilinear levou SVENSON (1980) a sugerir o modelo definido na EQ 2.6:

MR = k1 σdk2 EQ 2.6

onde

k1, k2 são constantes determinadas através de regressões múltiplas.

47

Também é observada em materiais de pavimentação a situação onde o

módulo de resiliência não varia de acordo com o estado de tensões, resultando

num modelo elástico-linear. Este comportamento, conforme se encontra na EQ

2.7 aparece em materiais betuminosos, siltes com baixo módulo e solos

estabilizados com módulo elevado. (FERREIRA, 2002; MEDINA e MOTTA,

2005)

MR = K EQ 2.7

onde

K é uma constante.

MACÊDO (1996), em um estudo feito com solos da BR 418/MG, utilizou o

modelo definido por PEZO em 1991 e mostrado na equação EQ 2.8,

conseguindo coeficientes de determinação bem maiores:

MR = k1 σ3k2 σd

k3 EQ 2.8

onde

k1, k2, k3 são constantes determinadas através de regressões múltiplas.

Este modelo ficou conhecido no Brasil como o modelo composto e tornou-

se o preferido nos últimos anos, por ser um modelo “genérico” e também por

considerar a influência conjunta de σ3 e σd na determinação do MR.

(FERREIRA, 2002; MARANGON, 2004). A partir da análise de um banco de

dados de mais de 500 ensaios, FERREIRA (2002) conclui que “é incontestável

a supremacia do modelo composto sobre os demais. Este modelo, além da

óbvia vantagem de poder ser utilizado para qualquer tipo de material não

tratado quimicamente, demonstrou ser capaz de determinar o valor do módulo

de resiliência com precisão muito superior aos outros, tornando-os totalmente

obsoletos”.

Se para a esmagadora maioria dos solos, o módulo de resiliência é

totalmente dependente da tensão confinante e da tensão desvio, a tendência

de uma estabilização química é tornar esses solos cada vez menos

dependentes das tensões atuantes no sistema, fazendo com que seja

48

assumido um comportamento elástico linear, obedecendo a equação EQ 2.7.

O histórico de ensaios de amostras estabilizadas é bem mais reduzido que

o de solos puros, sendo que a maioria desses resultados se refere a amostras

estabilizadas com cimento Portland com seus módulos obtidos por resistência

à tração indireta, como em COLLARTE-CONCHA (1986).

Por outro lado, MACÊDO (2004) apresenta um estudo de solo melhorado

com cimento mostrando como pode ser conseguido um grande aumento no

módulo de resiliência com teores baixos de cimento portland para dois solos.

CERATTI (1991), em um estudo pioneiro, fez ensaios de fadiga em

misturas de solo-cimento, através de ensaios de módulo de resiliência e de

resistência à tração em duas variantes: compressão diametral e flexão

alternada. (MACEDO, 2004; MEDINA e MOTTA, 2005).

2.4 O SOLO-BETUME

2.4.1 HISTÓRICO DA ESTABILIZAÇÃO SOLO-BETUME

A estabilização com solo-betume ocorre quando a um solo qualquer é

acrescentado um ligante asfáltico, conferindo à mistura resultante uma melhora

em seu comportamento mecânico e um efeito impermeabilizante, tornando-a

mais resistente tanto a esforços de tráfego quanto a efeitos de variação de

umidade.

O ligante asfáltico a ser utilizado depende principalmente do tipo de solo e

do tipo de mistura a ser feita, e sua escolha acompanha a evolução da

tecnologia de produção de ligantes disponível.

O primeiro passo foi feito quando engenheiros rodoviários, trabalhando nas

proximidades de campos petrolíferos, notaram que, ao espalharem óleo cru

sobre as estradas de terra que levavam a estes campos, reduziam o pó

existente nas mesmas, tornando-as mais aptas para resistir aos rigores do

tráfego e do tempo. A prática foi rapidamente difundida e a indústria petrolífera

sugeriu o uso do destilado de petróleo que teria um desempenho superior ao

óleo cru (ARAÚJO, 1980).

49

Seguiram-se então pesquisas com intenção de descobrir modos de se obter

outros tipos de ligantes. A próxima evolução nessa linha, a chegada do asfalto

diluído, foi utilizada para estabilização de solos, sendo seguida, nos anos 80,

pela emulsão asfáltica, como na estabilização de areias finas em uma

construção de uma estrada nigeriana (HARRIS et al. 1983).

Nos últimos anos, tem-se visto a utilização até de espuma de asfalto na

estabilização de areias, e materiais pedregulhosos oriundos de reciclagem de

pavimentos. CASTRO (2004) define a espuma de asfalto como uma mistura de

asfalto aquecido a uma temperatura de aproximadamente 160°C e água à

temperatura ambiente, o que proporciona ao asfalto uma expansão de seu

volume original.

Como já mencionado, no Brasil, segundo SANTANA (1978), a primeira

menção com solo-betume ocorreu em 1959, na construção de um segmento

de 8 quilômetros da BR-135/MA, com o nome de “tratamento contra pó” .

2.4.2 A FÍSICO-QUÍMICA DO SOLO-EMULSÃO

2.4.2.1 PREMISSAS BÁSICAS DO SISTEMA SOLO-BETUME-ÁGUA

MATTOS et al. (1991) comparam o solo-emulsão a um sistema

termodinâmico solo-emulsão-água. Esse sistema pode ser considerado como

um sistema fechado, heterogêneo, constituído por três fases e quatro

componentes. Das três fases, uma é contínua e duas são descontínuas. São

descontínuas as fases constituídas pelo solo e pelos glóbulos de betume. A

fase contínua é constituída pela solução aquosa obtida pela adição de água à

fase aquosa da emulsão.

A fase descontínua do solo e aquela constituída pelos glóbulos de betume,

são consideradas como constituídas por um só componente, cada uma. Já a

fase contínua é considerada como solução composta por vários componentes

sendo um solvente (a água) e vários solutos, tendo como mais importante a ser

considerado o agente tenso-ativo existente na fase aquosa da emulsão.

(GUARÇONI et al. 1988 e MATTOS et al. 1991).

50

2.4.2.2 MECANISMO FÍSICO-QUÍMICO DO SOLO-EMULSÃO

O solo é tratado aqui de uma forma simplificada: como um componente

constituído por pequenos grãos o que lhe proporciona uma grande superfície

específica. A solução aquosa é tratada como uma solução constituída

essencialmente por um solvente e um soluto tenso-ativo. Pode-se dizer que tal

subsistema é constituído por uma substância com características adsorventes

(solo) e outra com características de adsorvato (substância tensio-ativa).

(GUARÇONI et al. 1988).

Ao se misturar completamente esse sistema, certas reações físico-

químicas têm início. O objetivo da estabilização é envolver os grãos de solo

com um filme betuminoso, não tão fino a ponto de vencer o atrito intergranular

existente, mas espesso o suficiente para promover o efeito adesivo entre os

grãos, conforme FIG 2-6, onde são vistos também os vazios de ar e a água

intergranular, (KÉZDI, 1979).

FIG. 2.6 Distribuição do filme betuminoso na massa de solo: 1-grão de

solo; 2- vazios de ar; 3- água intergranular; 4- filme betuminoso; a - contato

entre os grãos (KEZDI ,1979)

51

Isso ocorre quando o contato entre a solução aquosa e os grãos de solo é

feito. O solo adsorverá parte do soluto tenso-ativo da fase líquida da emulsão

provocando, em conseqüência, uma queda na concentração deste soluto na

solução aquosa. A diminuição dessa concentração produzirá um desequilíbrio

na emulsão devido ao aumento da tensão superficial da fase líquida, o que

dará origem à ruptura da emulsão e à conseqüente formação de aglomerados

betuminosos. Quanto maior a concentração do soluto (no caso, o CAP) na

solução (a emulsão), maior será a quantidade de soluto adsorvido, provocando

uma indesejável ruptura prematura, (KÉZDI, 1979; MATTOS et al. 1991).

Em se tratando da microestrutura do solo, o que acontece é que, com a

mistura já executada, surge uma película de betume formada pelos glóbulos de

CAP anteriormente contidos na emulsão ao redor dos grãos de solo, como se

pode ver nas FIG 2-7 e 2-8, tiradas através de microscópio eletrônico de

varredura, com ampliação de 200 vezes, (JACINTHO et al. 2005; JACINTHO,

2005). A FIG 2.7 mostra uma areia argilosa pura e estabilizada, e a FIG 2.8

mostra uma areia pura e estabilizada.

(a) (b) (c)

FIG. 2.7 Estabilização de uma areia argilosa pura com emulsão asfáltica: (a)

solo puro; (b) solo com 4 %; (c) solo com 8 %. (JACINTHO et al. 2005)

52

(a) (b) (c)

FIG. 2.8 Estabilização de uma areia pura com emulsão asfáltica: (a) solo puro;

(b) solo com 4 %; (c) solo com 8 %. (JACINTHO et al. 2005b)

GUARÇONI et al. (1988) equiparam um grão a um cubo de aresta “a” e

usando a EQ 2.9, consegue-se para uma determinada granulometria de solo

fino uma taxa de ligante de 9,7% para que todos os grãos de solo possam ser

envolvidos pelo ligante de uma emulsão:

100% ×⋅⋅

=ss

ll

DVDVl EQ 2.9

Onde:

%l=percentagem de ligante em peso;

Vl=volume de ligante;

Vs = volume de solo;

Ds=Densidade real de solo;

Dl= Densidade de ligante.

Em termos de adição de emulsão (resíduo de 65 % de betume) virá uma

taxa de emulsão de 13,4 %, valor que pode ser considerado inviável na maior

parte dos casos com solos argilosos e silto-argilosos que atendam a esse

critério granulométrico do exemplo (MATTOS et al. 1991).

Não deve ser esquecido que estes valores foram calculados admitindo-se a

estabilidade da emulsão em contato com os grãos do solo, o que não ocorre.

Na realidade, o que ocorre é a ruptura da emulsão com a coalescência de

várias partículas de ligante, formando aglomerados betuminosos de volumes

diversos, espalhados pela massa de solo (MATTOS et al, 1991)

Este sistema criado pela mistura solo-emulsão-água, se compactado, dará

53

origem a um outro, formado por uma estrutura de grãos de solo com adsorção

superficial do soluto e ainda com grumos formados por ligante betuminoso,

funcionando como rótulas e eliminando os contatos grão-grão, o que irá

diminuir a resistência do conjunto aos esforços cisalhantes. As rótulas têm uma

participação importante no aumento de coesão do sistema, e na proteção dos

grãos de solo contra o ataque de água (KÉZDI, 1979; MATTOS et al, 1991)

Se, no entanto o sistema, obtido por mistura e compactação, for submetido

ao processo de perda de umidade a níveis bem baixos e levando novamente o

sistema a reabsorver água até a saturação, será verificada uma ação hidrófuga

que irá aumentar a resistência do sistema quando o ensaio for saturado, o que

comprova a ação da solução aquosa na estabilização (MATTOS et al, 1992).

Pelo contrário, se essa perda de umidade for abrupta e rápida, como o

caso de uma secagem em estufa, a ação hidrófuga não é observada, como o

caso de BUENO et al (1991) em ensaios de resistência à compressão simples.

Entretanto, KÉZDI (1979) explica que essa ação hidrófuga na mistura deve-

se principalmente às diferenças entre as forças de adesão e as fases

envolvidas do sistema: ar, água, emulsão e solo. Essas forças são

representadas na FIG 2-9.

FIG. 2.9 Forças de adesão atuantes entre as fases do solo-emulsão

(KEZDI, 1979)

54

Sobre este modelo tríplice solo-água-emulsão, KÉZDI (1979) afirma que

deve existir um ponto ótimo, onde a mistura pode ser feita com uma quantidade

ótima que proporcione um máximo de resistência ao cisalhamento e de uma

maneira mais eficiente.

Inúmeras tentativas na busca dessa dosagem ótima têm sido feitas. KÉZDI

(1979), com base no estabilômetro de Hveem, confirmou a presença de um

teor de emulsão onde a resistência ao cisalhamento é ótima e máxima, e que

varia de solo para solo. Para um teor a ser acrescentado acima do ótimo, o

filme de emulsão que envolve os grãos se torna espesso demais, fazendo o

papel de rótulas que fazem diminuir o atrito intergranular. Assim, com teores

altos de emulsão pode-se até encontrar valores de resistências menores que

os do solo puro.

Não existe um consenso na definição de um intervalo ótimo para cada tipo

de solo, porém em materiais granulares esse teor é baixo, da ordem de 2 a 4%,

o que seria suficiente para a formação do filme de betume ao redor dos grãos

desse tipo de solo. Entretanto, para solos plásticos, são necessários teores

maiores, por volta de 8 %. KEZDI (1979) afirma que nesse caso, um teor baixo

de emulsão não seria suficiente para formar o filme betuminoso ao redor da

fração miúda de solo, porém já levaria o solo a um ganho menor de resistência

com a estabilização.

Diversos solos brasileiros estabilizados com emulsão asfáltica já foram

ensaiados em laboratório, utilizando-se como comparação ensaios como o

CBR e a resistência à compressão simples, como em LUCENA et al. (1982),

MOMM (1983), ARAÚJO et al. (1983), BUENO et al. (1991), CARVALHO et al.

(1992) e em JACINTHO et al. (2005). Em geral, esses autores confirmaram que

solos arenosos são estabilizáveis com baixos teores, e solos argilosos

necessitam de teores mais altos para serem estabilizados satisfatoriamente.

Os parâmetros de medição de resistência mais usados são a resistência à

compressão simples e o ensaio triaxial estático (UU). Existe sempre a opção de

se utilizar o CBR e o mini-CBR, mas não são parâmetros de avaliação de

estabilização química confiáveis (MEDINA e MOTTA, 2004).

55

2.4.3 PROPRIEDADES INERENTES AO SOLO-EMULSÃO:

2.4.3.1 O SOLO A SER ESTABILIZADO

KÉZDI (1979) afirma que quase todo solo inorgânico que possa ser

misturado com betume pode ser estabilizado, o que não ocorre com solos

orgânicos, notadamente os solos ácidos.

KEZDI (1979), com base em ensaios físico-químicos em vários solos,

chegou à conclusão que certos aspectos da microestrutura do solo a ser

estabilizado pode influir no resultado do processo. Destacam-se as seguintes

conclusões:

• Quanto mais sílica a fração argila do solo contiver, mais betume será

necessário para uma estabilização satisfatória (caso dos solos

tropicais);

• Quanto mais compostos de ferro e alumínio a fração argila contiver,

mais fácil será a estabilização;

• O íon sódio, se presente no solo, sempre piora a resistência,

enquanto o íon cálcio pode piorar ou melhorar o resultado de uma

estabilização, dependendo de sua concentração;

YODER e WITCZAK (1975) afirmam que, regra geral, solos finos e

plásticos geralmente não têm uma estabilização satisfatória por causa da

dificuldade em se destorroar o solo e promover uma mistura íntima no sistema,

mais tarde confirmada por GUARÇONI et al. (1988).

Em geral, engenheiros costumam arbitrar um “limite prático” na

granulometria e na plasticidade do solo a ser estabilizado, conforme TAB 2-7,

que resume os requisitos granulométricos de várias fontes.

A ASTM (2006) também recomenda que o produto do índice de

plasticidade pela percentagem passante na peneira 0,075 mm seja sempre

menor que 60.

A razão pela qual VOGT (1971) recomenda 5% mínimo de material

passante na peneira de 0,075 mm, é porque o fíler tem a função de aumentar a

viscosidade das películas de ligante e dar uma coesão residual suficiente.

56

TAB. 2.7 Requisitos granulométricos e de plasticidade de solos a serem

estabilizados segundo várias fontes

Tipo de solo LL/LP do solo % passante # 0,075

mm

Fonte

Areias IP máximo de 12 % 25 % máximo

Pedregulhos e

areias

pedregulhosas

IP máximo de 12 % 15 % máximo

Solos finos IP máximo de 18 %;

LL máximo de 40 %

35 % máximo

YODER e

WITCZAK

(1975)

Solos em geral IP máximo de 18 %;

LL máximo de 40 %

Entre 10 e 50 % KÉZDI (1979)

Solos em geral IP máximo de 14 % 5 % mínimo VOGT (1971)

Solos arenosos 35 % máximo

Solos argilosos IP máximo de 6 %;

LL máximo de 30 %

35 % máximo

DER 3.07

(1988)

Materiais britados 15 % máximo

Solos em geral IP máximo de 8 % 20% máximo

ABEDA

(2001)

Solos em geral 25% máximo ASTM (2006)

KÉZDI (1979) também sugere os seguintes limites adicionais:

• O maior diâmetro do grão não deve exceder um terço (1/3) da espessura

compactada da camada do solo tratada;

A percentagem em peso das partículas menores do que 4,76 mm não

devem exceder 50%;

A percentagem em peso das partículas menores do que 0,42 mm deve se

situar entre 35% e 100%;

2.4.3.2 A EMULSÃO A SER USADA

A emulsão é o principal agente da estabilização betuminosa: dá coesão

aos solos arenosos e impermeabiliza os solos argilosos cortando as ascenções

capilares, (VOGT, 1971). A ação do CAP na formação do filme betuminoso e

57

do emulsificante no ganho de resistência do solo é primordial no processo.

O melhor resultado, no entanto, é conseguido se o emulsificante reagir com

os compostos inorgânicos da superfície mineral dos grãos. Se possível, deve-

se saber até as propriedades químicas dessas superfícies, principalmente os

cátions ligados à fração argila de carga negativa (KEZDI, 1979).

Por isso, a emulsão utilizada depende diretamente do tipo de solo a ser

estabilizado. Se o solo possuir compostos de sílica e alumínio complexos, ou a

razão entre os óxidos de sílica e os óxidos de alumínio e de ferro for menor que

2, o emulsificante deve possuir predominantemente cátions. São mais

utilizados para isso os sais de amina, produzidos pela substituição do íon (OH)-

de hidróxido de amônia. É o caso das emulsões catiônicas. (KEZDI, 1979)

Se o solo, entretanto, possuir fração argila onde a razão sílica- alumínio-

ferro for maior que 2, então o emulsificante deve possuir predominantemente

ânions. São usadas grandes moléculas orgânicas ácidas, como o estereato de

amina, o que gera as emulsões aniônicas. (KEZDI, 1979)

WDBG (2004) ilustra a maior ou menor compatibilidade de emulsões

aniônicas e catiônicas de acordo com a FIG 2-10, que mostra os intervalos

onde cada tipo de emulsão é mais ou menos atuante devido aos componentes

presentes no solo.

FIG. 2.10 Intervalos de atuação de emulsões aniônicas e catiônicas

(WDBG, 2004)

58

PINTO (1998) recomenda emulsões catiônicas de ruptura lenta (RL-1C),

sendo a emulsão comumente aceita e recomendada também pelos fabricantes.

ABEDA (2001) estende essa recomendação às emulsões especiais para lama

asfáltica (LA-1C e LA-2C).

Em relação às emulsões de ruptura média (RM-1C), KEZDI (1979) relata

que se obtém um bom resultado com misturas solo-emulsão feitas em usinas

com grande energia. MOREIRA (2006) estende seu uso para estabilização de

solos granulares, sendo desaconselhado seu uso com solos plásticos.

Para se conseguir o teor ótimo de emulsão, seja em qualquer parâmetro de

resistência, é necessária a mistura do solo com vários teores de emulsão,

realizando ensaios para se verificar variações em relação ao parâmetro em que

está sendo feita a dosagem.

2.4.3.3 ADITIVOS À MISTURA

Para se corrigir a plasticidade de argilas e siltes argilosos, é comum a

correção dessa característica com aditivos, de modo a mudar a estrutura

microscópica do solo.

Os aditivos mais utilizados são o cimento e a cal. O objetivo é fazer com

que compostos de cálcio presentes, através da dissociação em Ca++ e (OH)-,

reajam com a superfície dos grãos finos formando compostos cimentados de

baixa plasticidade, que podem ser estabilizados com a emulsão asfáltica, que

entraria numa segunda fase da estabilização (KEZDI, 1979). A utilização de

outros produtos como o pentóxido de difósforo (P2O5) pode também ser feita

com sucesso (KEZDI, 1979).

2.4.4 DOSAGEM DO SOLO-EMULSÃO

A compatibilidade do solo-emulsão muda de acordo com a taxa de emulsão

a ser acrescentada: quanto maior a taxa, menor a massa específica aparente

seca e maior o teor de fluidos a ser acrescentado, podendo acontecer raras

exceções, (KÉZDI, 1979; MOMM, 1983).

59

Entretanto, com o auxílio de curvas de compactação, foi verificado para

cada teor de emulsão, que a umidade varia em torno de mais ou menos 1%

para cada teor de emulsão adicionado em torno do teor ótimo, como observado

em MOMM (1983) para um solo arenoso.

A máxima tensão de ruptura foi observada em corpos de prova com

umidades próximas da ótima, observado em estudos de LUCENA et al (1980)

em ensaios de resistência à compressão simples e à tração indireta, em corpos

de prova com cura ao ar livre por 7 dias.

Geralmente em laboratório, os corpos-de-prova são deixados em cura seca

ao ar livre para favorecer a ruptura da emulsão e consequentemente o ganho

de resistência da mistura. BUENO et al. (1991) e CARVALHO et al. (1992)

realizaram cura em estufa a 60°C em um período de 24 horas, com um

resultado semelhante.

Em se tratando da perda de umidade, deve-se ter cuidado ao creditar o

ganho de resistência da mistura à ruptura da emulsão, o que pode ocorrer

devido à variação de umidade no corpo de prova e da succção nos solos, e

SILVA (2003) afirma que essas situações influem no módulo de resiliência dos

solos, especialmente os solos plásticos.

O Anexo A mostra um resumo das condições variadas às quais solos

estabilizados com emulsão já foram ensaiados na bibliografia encontrada.

Existem inúmeros métodos para projeto de misturas solo-emulsão, e cada

um deles possui um parâmetro de dosagem, como apresentado na TAB 2-8.

TAB. 2.8 Parâmetros de dosagem de solo-emulsão em algumas fontes

Norma Parâmetro de dosagem

DER 3.07/1988 (1988) Hubbard- Field

ASTM D 4223 (2006) Estabilidade Marshall /Módulo de

resiliência/ Resistência à tração indireta

LUCENA et al. (1982) Resistência à compressão simples/

Resistência à tração indireta

GUARÇONI et al. (1988); MATTOS

et al. (1991)

CBR

ARAÚJO et al. (1983) Ensaios triaxiais UU

60

KEZDI (1979) mostra uma fórmula relacionando granulometria do solo com

a percentagem de betume a ser acrescentada, que é dada como na EQ 2.10:

P=0,015 a + 0,02 b +0,03 c + 0,09 d EQ 2.10

onde:

P é a quantidade de betume a ser acrescentada;

a é a percentagem de solo retida na peneira # 10;

b é a percentagem de solo passante na peneira #10 e retida na peneira

#40;

c é a percentagem de solo passante na peneira #40 e retida na peneira

#200;

d é a percentagem de solo passante na peneira #200.

FIG. 2.11 Representação gráfica dos fatores a, b, c e d da EQ 2.10 na curva

granulométrica (KEZDI, 1979)

A EQ 2.10 pode ser simplificada, em função somente da fração passante

na peneira #200, conforme a EQ 2.11:

P% = 2,75 + 0,064 d EQ 2.11

A EQ 2.11 tem uma representação gráfica, como na FIG 2.12:

61

FIG. 2.12 Representação gráfica da EQ 2.12 (KEZDI, 1979)

No âmbito nacional, uma pesquisa feita pelo IPR/DNER e apresentada em

MATTOS et al. (1992), propôs um procedimento de dosagem e uma

especificação de serviço de solo-emulsão.

A proposta de norma de dosagem se baseia em preparar corpos-de-prova

com teores de emulsão asfáltica de 0, 2, 4, 6, 8 e 10%, compactados em

moldes tipo MCT, levados à estufa a 60ºC durante 6 horas. Depois de retirados

da estufa e esfriados ao ar são imersos em água por 24h, após o qual se faz o

ensaio Mini-CBR (MATTOS et al. 1991).

Calcula-se o teor ótimo de emulsão considerando o teor de fluidos

remanescente após a secagem e o teor de fluidos ganho após imersão, sendo

o teor de fluidos a soma dos teores de água e de ligante betuminoso. São

traçados os pares (% de emulsão x teor de fluido) para as duas condições

(após a secagem e após a imersão). Para cada condição, é gerada uma reta

passante pelos pares ordenados encontrados, e na interseção delas têm-se o

teor ótimo de emulsão e teor ótimo de fluidos para a compactação. Obtém-se o

CBR correspondente a este ponto ótimo, sendo assim o teor correspondente a

esse CBR o teor de dosagem a ser aplicado (MATTOS et al,1991).

Falta ainda um procedimento de dosagem que considere os conceitos da

62

Mecânica dos Pavimentos (módulo de resiliência), da Mecânica dos Solos

parcialmente saturados (efeitos da sucção) e dos avanços recentemente

alcançados da classificação MCT. Assim sendo, quase a totalidade dos

procedimentos de dosagem são estrangeiros e não consideram as

particularidades dos solos tropicais, ou utilizam ensaios não adequados como o

ensaio CBR.

2.5 NOÇÕES DE ESTATÍSTICA APLICADA

2.5.1 PLANEJAMENTO DE EXPERIMENTOS

O Planejamento Experimental, também denominado delineamento

experimental, representa um conjunto de ensaios estabelecido com critérios

científicos e estatísticos, com o objetivo de determinar a influência de diversas

variáveis nos resultados de um dado sistema ou processo. Permite, além do

aprimoramento de processos, a redução da variabilidade de resultados, a

redução de tempos de análise e dos custos envolvidos (BUTTON, 2002).

Um experimento é um procedimento no qual alterações propositais são

feitas nas variáveis de entrada de um processo do sistema, de modo que se

possa avaliar as possíveis alterações sofridas pela variável resposta, como

também as razões destas alterações. As variáveis de entrada correspondem

aos fatores ou causas do processo, enquanto a variável resposta corresponde

ao efeito deste processo (MARQUES, 2004).

O planejamento de experimentos ainda apresenta os seguintes objetivos de

acordo com o propósito dos ensaios (MARQUES, 2004):

•Determinar quais variáveis são mais influentes nos resultados;

•Atribuir valores às variáveis influentes de modo a otimizar os

resultados;

•Atribuir valores às variáveis influentes de modo a otimizar a

variabilidade dos resultados;

•Atribuir valores às variáveis influentes de modo a minimizar a

influência de variáveis incontroláveis;

63

•Explorar as relações entre os fatores que afetam um processo ou

confirmar alguma hipótese.

BUTTON (2002) destaca ainda alguns benefícios do planejamento de

experimentos:

• Redução do número de ensaios sem prejuízo da qualidade da

informação;

• Estudo simultâneo de diversas variáveis, separando seus efeitos;

• Determinação da confiabilidade dos resultados;

• Realização da pesquisa em etapas, num processo iterativo de

acréscimo de novos ensaios;

• Seleção das variáveis que influem num processo com número

reduzido de ensaios;

• Representação do processo estudado através de expressões

matemáticas;

• Elaboração de conclusões a partir de resultados qualitativos.

MONTGOMERY (1976) apresenta algumas recomendações sobre o uso de

métodos estatísticos para o planejamento experimental:

• Usar o conhecimento técnico específico e não estatístico sobre o

problema;

• Usar um delineamento experimental o mais simples possível;

• Reconhecer a diferença entre o que é significativo estatisticamente

e o que é significativo na prática, seja industrial ou de pesquisa,

• Reconhecer que a experimentação é um processo iterativo.

Também para BUTTON (2002) para que os resultados obtidos de ensaios

experimentais possam ser analisados através de métodos estatísticos e que

possibilite elaborar-se conclusões objetivas, o planejamento experimental deve

ser baseado numa metodologia também estatística, sendo a única forma

objetiva de avaliar os erros experimentais que afetam esses resultados. Para

isto, existem três técnicas básicas para a definição dos ensaios num

planejamento experimental: o uso das réplicas, da aleatorização (ou

"randomização") e de blocos.

64

2.5.1.1 RÉPLICA:

A réplica consiste na repetição de um ensaio sob condições

preestabelecidas. Permite obter-se uma estimativa de como o erro

experimental afeta os resultados dos ensaios e se esses resultados são

estatisticamente diferentes. Permite verificar também qual a influência de uma

determinada variável sobre o comportamento de um processo, quando a

comparação é feita pela média das amostras (BUTTON, 2002).

Segundo WERKEMA E AGUIAR (1996) realizar uma réplica do experimento

completo significa coletar uma observação da variável resposta em cada

condição experimental considerada no estudo. As réplicas constituem

repetições do experimento feitas sob as mesmas condições experimentais. A

realização de réplicas em um experimento é importante pelos seguintes

motivos:

- Permitem a obtenção de uma estimativa da variabilidade devida ao erro

experimental possibilitando avaliar se a variabilidade presente nos dados

coletados é devida somente ao erro experimental ou se existe influência das

diferentes condições avaliadas pelo pesquisador. Sendo influentes estas

condições, o responsável pela pesquisa poderá determinar qual é a condição

mais favorável de acordo com seus interesses.

- Possibilidade de detectar, com a precisão desejada, quaisquer efeitos

produzidos pelas diferentes condições experimentais que sejam considerados

significantes do ponto de vista prático.

- Possibilidade de detectar, com a precisão desejada, quaisquer efeitos

produzidos pelas diferentes condições experimentais que sejam considerados

significantes do ponto de vista prático.

2.5.1.2 ALEATORIZAÇÃO:

A aleatorização ou randomização é uma técnica estatística de planejamento

experimental em que a sequência dos ensaios é aleatória e a escolha dos

materiais que serão utilizados nesses ensaios também é aleatória. Uma das

exigências do uso da metodologia estatística para o planejamento experimental

65

e para a análise dos resultados é que as variáveis estudadas e os erros

experimentais observados apresentem um caráter aleatório (BUTTON, 2002).

Já para WERKEMA e AGUIAR (1996) o termo aleatorização se refere ao

fato que tanto a alocação do material experimental às diversas condições de

experimentação, quanto a ordem segundo a qual os ensaios individuais do

experimento serão realizados, são determinados ao acaso. A aleatorização

torna possível a aplicação dos métodos estatísticos para a análise dos dados

visto que a maioria dos modelos subjacentes aos métodos estatísticos exige

que os componentes do erro experimental sejam variáveis aleatórias

independentes. A aleatorização também permite que os efeitos de fatores não-

controlados, que afetam a variável resposta e que podem estar presentes

durante a realização do experimento, sejam balanceadas entre todas as

medidas. Este balanceamento evita possíveis confusões na avaliação dos

resultados devido à atuação destes fatores.

2.5.1.3 BLOCAGEM

A técnica dos blocos permite realizar a experimentação com maior precisão,

reduzindo a influência de variáveis não controláveis segundo BUTTON (2002).

Um bloco é uma porção do material experimental que tem como característica

o fato de ser mais homogêneo que o conjunto completo do material analisado.

O uso de blocos envolve comparações entre as condições de interesse na

experimentação dentro de cada bloco. Na análise com blocos, a aleatorização

é restringida à seqüência de ensaios interna dos blocos e não ao conjunto total

de ensaios.

Blocos são conjuntos homogêneos de unidades experimentais. Em muitas

situações experimentais é necessário planejar o experimento de forma que a

variabilidade resultante da presença de fatores perturbadores conhecidos,

sobre os quais não existe interesse, possa ser sistematicamente controlada e

avaliada. O objetivo principal do experimento não é medir o efeito destes

fatores perturbadores, mas sim avaliar com maior eficiência os efeitos dos

fatores de interesse (WERKEMA E AGUIAR, 1996).

66

2.5.2 ROTEIRO PARA O PLANEJAMENTO DE EXPERIMENTOS

Para a abordagem estatística no planejamento e na análise de um

experimento, WERKEMA E AGUIAR (1996) destacam que é necessário que as

pessoas envolvidas na experimentação tenham, antecipadamente, uma idéia

clara do que será estudado e da forma como os dados serão coletados.

Também é desejável que se tenha pelo menos uma idéia qualitativa de como

os dados serão analisados.

A seguir é mostrado um roteiro para o planejamento e para a análise dos

resultados indicado por MONTGOMERY (1976). Nos trabalhos de WERKEMA

E AGUIAR (1996), BUTTON (2002) e ODA (2000) também podem ser

encontrados detalhes deste procedimento:

1- Reconhecimento e definição do problema:

2- Escolha dos Fatores e Níveis

3- Escolha da Variável de Resposta

4- Escolha do Planejamento Experimental

5- Execução dos experimentos

6- Análise dos resultados

7- Conclusões e recomendações

2.5.3 ANÁLISE ESTATÍSTICA DE RESULTADOS

Para MONTGOMERY e RUNGER (1999) a análise de regressão é uma

técnica estatística para modelar e investigar a relação entre duas ou mais

variáveis e pode ser usada para construir um modelo para estimar o

desempenho de um dado nível de um fator de interesse qualquer. Pode-se

compreender uma análise de regressão como uma coleção de ferramentas

estatísticas para encontrar as estimativas dos parâmetros no modelo de

regressão.

Basicamente pode-se encontrar dois tipos usuais de análises de

regressões: a análise de regressão simples e a análise de regressão múltipla.

67

2.5.3.1 REGRESSÃO SIMPLES

Neste tipo de análise é considerado apenas um único tipo de regressor ou

preditor X, também chamada de variável independente, e uma variável de

resposta Y, também chamada de variável dependente. Cada observação Y

poderá ser escrita pelo modelo descrito na EQ 2.12:

Y= Β0 + β1 X + ε EQ 2.12

onde:

β0 = interseção da reta com o eixo Y

β1 = inclinação da reta

ε = erro aleatório com média zero e variância σ2.

Utiliza-se o método dos mínimos quadrados para estimar os coeficientes da

regressão. Para se verificar a adequação de um modelo linear parte-se para a

realização de um teste estatístico de hipóteses em relação aos parâmetros do

modelo e à construção de certos intervalos de confiança. Estas hipóteses se

relacionam à significância da regressão.

Um método chamado Análise de Variância (ANOVA) normalmente é usado

para testar a significância da regressão. Este procedimento divide a variância

total na variável de resposta em componentes significantes como base para o

teste. O parâmetro F obtido informa sobre a significância do modelo. Se F for

menor que 0,05, significa que existe uma confiabilidade de 95% na habilidade

do modelo explicar a variável dependente.

Outros indicadores estatísticos podem ser usados como o coeficiente de

correlação R, que é a medida do grau de associação linear entre duas variáveis

e o coeficiente de determinação R2 que representa a proporção da variação

total na variável Y que é explicada pela reta de regressão.

2.5.3.2 REGRESSÃO MÚLTIPLA

Um modelo de regressão que contenha mais de um regressor (variável

independente) é chamado de modelo de regressão múltipla. A variável de

68

resposta (ou independente) Y pode estar relacionada a L variáveis

independentes e o modelo tem a forma da EQ 2.13.

Y= Β0 + β1 X1 + β2 X2 +...+ βL XL + ε EQ 2.13

onde:

βj, j= 0, 1, ..., L, = coeficientes de regressão.

O parâmetro β reflete a contribuição individual de cada variável explicativa

X. A superfície de regressão expressa a melhor predição da variável

dependente Y em função das variáveis explicativas x. Entretanto, dados

observados desviam da superfície de regressão, e o desvio do ponto

correspondente é denominado resíduo.

A estimação dos parâmetros também se dá pelo método dos mínimos

quadrados e é comum fazer uma abordagem matricial para expressar

convenientemente as operações matemáticas.

Este modelo descreve um hiperplano no espaço L-dimensional dos

regressores X e o parâmetro βj representa a variação esperada na resposta Y

por unidade de variação unitária em Xj , quando todos os outros regressores Xi

(i,j) forem mantidos constantes. Qualquer modelo de regressão que seja linear

nos parâmetros é um modelo de regressão linear, independente da forma da

superfície que ele gere (MONTGOMERY e RUNGER, 1999).

Também são feitos os testes de hipóteses para a regressão múltipla como

o teste de significância e testes para os coeficientes individuais e as medidas

da adequação do modelo como o coeficiente de determinação múltipla R2 e R2

ajustado.

69

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Este capítulo apresenta as características dos solos, das emulsões

asfálticas e das misturas solo-emulsão feitas nos ensaios laboratoriais bem

como os métodos e procedimentos empregados durante toda a presente

pesquisa.

3.1 SOLOS

3.1.1 INTRODUÇÃO

Buscou-se escolher solos do interior do Estado do Rio de Janeiro, em

função da proximidade das jazidas com a cidade onde se localiza o IME, e pela

importância do uso das estradas vicinais do Estado para o escoamento da

produção agrícola.

THULLER (2005) faz em sua dissertação um estudo da utilização de solos

na construção de estradas vicinais no Estado do Rio de Janeiro. Essas

rodovias, que atendem a pequenas comunidades e propriedades rurais de

municípios do interior do estado, apresentam algumas características comuns

como: plataforma de terraplenagem pequena, grande sinuosidade de traçado

com curvas de pequeno raio; declividades acentuadas; deficiência de

drenagem superficial e profunda e baixo volume de tráfego.

Dos nove tipos de solos utilizados por THULLER (2005) (três de

predominância granular e seis plásticos), decidiu-se que seriam escolhidos

dois. Um deveria ser granular, uma areia ou um solo arenoso, e outro um solo

plástico; preferencialmente, uma areia argilosa ou um silte argiloso.

Além desses dois solos, escolheu-se também um terceiro solo, oriundo de

uma via vicinal de acesso do Depósito Central de Munição (DCMun), com o fim

de avaliar se este poderia ser estabilizado com emulsão como solução para a

melhoria do tráfego das viaturas daquele aquartelamento.

70

3.1.2 DESCRIÇÃO DOS SOLOS ADOTADOS

Com essa diretriz em mente foram escolhidos os solos de referência 631,

uma areia, identificada no âmbito desse trabalho como solo A; e referência 687,

uma areia argilosa, identificada agora como solo B. Tais referências são as

mesmas utilizadas por THULLER (2005) em sua tese de mestrado.

O solo A foi coletado em uma jazida de saibro explorada pela Prefeitura

Municipal de Cachoeiras de Macacu. Segundo funcionários da prefeitura, a

jazida, chamada de “Saibreira do 23”, situa-se estrategicamente próxima a

rodovias vicinais diminuindo assim as distâncias de transporte quando da

execução de revestimento primário (THULLER,2004). A prefeitura vem

utilizando esses materiais em revestimento primário, sub-bases e bases de

rodovias vicinais.

Para a coleta deste solo, foi tomado o cuidado de se retirar cerca de 30 cm

da camada superficial da jazida, para evitar uma possível contaminação com

materiais orgânicos. Entretanto, com base em informações geológicas,

THULLER (2005) o classifica como de horizonte C. A jazida está retratada nas

FIG 3-1 e 3-2.

O solo B foi coletado na estrada municipal denominada FRI119 – Estrada

do Sumidouro mais conhecida como Estrada da Laje, que liga a localidade de

Fazenda da Laje ao distrito de Conselheiro Paulino em Nova Friburgo,

tratando-se de uma via de baixíssimo volume de tráfego, sendo melhor

visualizada nas FIG 3-3 e 3-4.

Trata-se de uma estrada muito sinuosa com declividades acentuadas, sem

qualquer marcação de quilometragem. A topografia acidentada e a drenagem

deficiente causam altas velocidades de escoamento das águas superficiais e

erosões nos solos. THULLER (2005) o classifica como um solo de horizonte B.

A amostra C foi coletada da adjacência de um revestimento primário de via

interna de 900 metros de extensão do Depósito Central de Munição (DCMun),

aquartelamento situado em Paracambi, interior do estado do Rio de Janeiro,

pois seu solo é bastante representativo das regiões lindeiras, especialmente da

RJ- 122, rodovia estadual onde o quartel se localiza.

71

Trata-se de uma estrada com grandes retas e curvas suaves. A via interna

do quartel tem tráfego de veículos irrisório, mas apresenta sua trafegabilidade

prejudicada no período de chuvas, graças à plasticidade de seu solo.

O solo C foi extraído ao longo de dez poços de exploração, distando 80

metros um do outro. Por iniciativa do próprio aquartelamento, periodicamente é

feito um controle de plasticidade com pedrisco, fazendo as vezes de uma

“estabilização granulométrica” neste solo. O local onde foi extraída a amostra é

retratada nas FIG 3-5 e 3-6.

FIG. 3.1 Aspecto da Jazida do Solo A deste estudo, em Cachoeiras de

Macacu/RJ

FIG. 3.2 Detalhe da Jazida do Solo A deste estudo

72

FIG. 3.3 Aspecto do Talude de Ocorrência do Solo B deste estudo, em

Nova Friburgo/RJ

FIG. 3.4 Detalhe da Jazida do Solo B deste estudo

73

FIG. 3.5 Detalhe do local de ocorrência do Solo C deste estudo, no

DCMun, em Paracambi/RJ

FIG. 3.6 Detalhe do local de ocorrência do Solo C deste estudo.

3.1.3 COLETA E PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

Na coleta de solos finos em taludes foram descartados os primeiros 5 cm e,

para os solos granulares coletados nas saibreiras, foram tomados cuidados em

relação à coleta e ao acondicionamento.

Os solos assim coletados foram ensacados e transportados até o

laboratório de solos do Instituto Militar de Engenharia. Colocaram-se as

amostras em bandejas com o objetivo de secá-las ao ar livre. Antes de todo e

74

qualquer ensaio, seja ele de caracterização ou para se preparar misturas solo-

emulsão, uma pequena porção foi retirada do solo para realização do controle

de umidade, segundo a norma DNER ME 041/94

Foram realizados assim os ensaios de caracterização e de compactação

em cada um dos solos conforme normas indicadas na TAB 3-1.

TAB. 3.1 Ensaios de caracterização dos solos

ENSAIO DISCRIMINAÇÃO

DNER ME 041/94 Preparação de amostras para caracterização

DNER ME 051/94 Análise granulométrica por sedimentação

DNER ME 080/94 Análise granulométrica por peneiramento

DNER ME 093/94 Determinação da densidade real

DNER ME 082/94 Determinação do limite de plasticidade

DNER ME 122/94 Determinação do limite de liquidez

DNER ME 162/94 Ensaio de compactação de amostras trabalhadas

DNER ME 228/94 Ensaio de compactação em equipamento miniatura

3.1.4 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA

A caracterização química é bastante útil na área de estabilização de solos,

especialmente na estabilização química. KEZDI (1975) relaciona a composição

química dos solos com a seleção dos aditivos a serem utilizados para se

melhorar um solo, por exemplo.

No presente trabalho, a caracterização química é utilizada para verificar a

composição dos solos, a ação do intemperismo sobre os mesmos, e avaliar a

influência da composição química na estabilização com emulsão asfáltica.

A análise química para esta pesquisa foi realizada no Laboratório de

Geotecnia da COPPE/UFRJ. Foram determinados o pH do solo em água e em

KCl, e o ensaio de ataque sulfúrico, que determinou a percentagem de silicatos

(SiO2) e de compostos de alumínio (Al2O3), de ferro (Fe2O3) e de titânio (TiO2);

além da quantidade de matéria orgânica presente nos solos. A presença

desses compostos tem relação direta com os minerais formadores dos solos,

notadamente dos argilominerais que formam as argilas: com essas proporções,

75

é possível prever a maior ou menor facilidade que este solo terá ao se misturar

com emulsão, como já mostrado anteriormente no item 2.4.3.1 e em KEZDI

(1979).

A análise química obedeceu à norma DNER ME 030/94, e o objetivo é

determinar as razões sílica-alumina (Ki) e sílica-sesquióxidos (Kr) dos solos,

como mostrado nas EQ 3.1 e EQ 3.2:

102%60%

32

2

÷÷

=OAl

SiOKi , onde: EQ 3.1

• Ki é a razão sílica- alumina determinada;

• % SiO2 é a percentagem de sílica presente na amostra;

• % Al2 O3 é a percentagem de alumina presente na amostra.

160%102%60%

3232

2

÷+÷÷

=OFeOAl

SiOKr , onde: EQ 3.2

• Kr é a razão sílica- sesquióxidos determinada;

• % SiO2 é a percentagem de sílica presente na amostra;

• % Al2 O3 é a percentagem de alumina presente na amostra;

• %Fe2O3 é a percentagem de hematita presente na amostra.

Quando Ki ou Kr for menor que 2, isso indica que este solo sofreu um

grande intemperismo químico. O resíduo que não é decomposto pela análise

química é descrito como a quantidade de quartzo presente na amostra.

MACIEL FILHO (1997) explica que o quartzo é praticamente inalterável,

enquanto os feldspatos dariam origem aos minerais de argila – caolinita,

esmectita e ilita, ricos em silicatos de alumínio e de ferro hidratados. É esta a

parcela que é atacada na análise química, e gera a alumina, a hematita e a

sílica, e, por conseguinte, os coeficientes Ki e Kr.

Também são feitos ensaios de determinação de pH em solos. O fato de um

solo ser ácido ou básico é fundamental para a escolha do tipo de emulsão a ser

usado na estabilização: solos básicos como o calcário são estabilizados com

emulsões aniônicas; solos ácidos como o arenito são estabilizados com

emulsões catiônicas (KEZDI, 1979; MACIEL FILHO, 1997).

76

3.1.5 MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE VARREDURA

O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é geralmente utilizado para

observações de amostras espessas, ou seja, não transparentes a elétrons. A

razão principal de sua utilização está associada a alta resolução que pode ser

atingida e à grande profundidade de foco.

O MEV consiste basicamente de uma coluna ótico-eletrônica, da câmara

para a amostra, sistema de vácuo e controle eletrônico e sistema de imagem.

Um feixe de elétrons de alta energia é focalizado num ponto da amostra, o que

causa emissão de elétrons com grande espalhamento de energia, que são

coletados e amplificados para fornecer um sinal elétrico. Este sinal é utilizado

para modular a intensidade de um feixe de elétrons num tubo de raios

catódicos (TRC). Para construir a imagem completa, o feixe de elétrons é

varrido sobre uma área da superfície da amostra enquanto que um feixe no

TRC é varrido sincronicamente sobre um rastro similar, (JACINTHO, 2005)

A preparação das amostras e a metalização das mesmas foram realizadas

no Laboratório de Microscropia Eletrônica de Varredura (MEV) do Instituto

Militar de Engenharia, mostrado na FIG 3.7. Os aspectos relativos à

preparação das amostras e à execução do ensaio são apresentados a seguir, e

foram adaptados da tese de mestrado de JACINTHO (2005) para a realidade

do equipamento do IME:

- Extraiu-se um “pedaço” da amostra depois de compactada com o auxílio

de uma espátula, sendo este quebrado cuidadosamente com as mãos de forma

que a superfície a ser analisada no MEV fosse a superfície obtida através de

quebra da amostra.

- Fixou-se a amostra em um porta-amostra de alumínio, usando emulsão de

ouro e fez-se com um pincel a interligação da superfície da amostra com o

porta-amostra (pontos de condução elétrica). A base para colocação da

amostra é mostrada na FIG 3.8, e é recomendado que o “pedaço” não

ultrapasse a base, que possui cerca de 1 centímetro de diâmetro, enquanto sua

altura pode ter em torno de 1 centímetro.

77

- Revestiu-se a superfície da amostra com uma fina camada de material

condutor. Este processo denominado metalização da amostra teve duração de

aproximadamente 60 s e foi realizado em aparelho metalizador de amostras.

Foram ensaiadas amostras dos três solos, compactados com os teores de

0, 2, 4, 6 e 8% de emulsão asfáltica. A realização de ensaios com e sem

emulsão asfáltica teve como objetivo verificar mudanças na microestrutura e

verificar a ligação entre o asfalto e o solo, a exemplo do que já fez JACINTHO

et al. (2005). A análise das amostras devidamente preparadas foi realizada

através do Microscópio Eletrônico de Varredura, equipado com detector EDX

(espectrometria por energia dispersiva de raios-X) para micro-análise.

FIG. 3.7 Detalhe do Microscópio Eletrônico de Varredura do IME.

FIG. 3.8 Detalhe das bases, sem amostras, onde são postas as amostras

no Microscópio Eletrônico de Varredura do IME.

78

3.2 EMULSÕES ASFÁLTICAS

3.2.1 DESCRIÇÃO DAS EMULSÕES USADAS NESTE ESTUDO

Optou-se por trabalhar com dois tipos de emulsões fornecidas pelo

CENPES/PETROBRAS: uma emulsão de ruptura lenta (RL-1C) e uma emulsão

de ruptura média (RM-1C). Buscou-se assim testar a diferença entre a ação de

dois tipos de emulsões disponíveis no mercado.

Os ensaios de caracterização foram realizados na Divisão de Pesquisa e

Desenvolvimento do Instituto de Pesquisas Rodoviárias, no Rio de Janeiro,

com as metodologias indicadas na TAB 3.2. alguns dos equipamentos

utilizados estão mostrados nas FIG 3.9 e 3.10.

TAB. 3.2 Ensaios realizados no IPR

Ensaio de classificação Norma técnica reguladoraEnsaio de viscosidade Saybolt-Furol P-MB-517

Ensaio de sedimentação NBR 6570 Ensaio de carga de partícula NBR 6567

Ensaio de destilação NBR 6568

FIG. 3.9 Aparelho de destilação para caracterizar emulsões asfálticas, do

IPR, utilizado neste estudo.

79

FIG. 3.10 Aparelho de carga de partícula para emulsões asfálticas, do IPR,

utilizado neste estudo.

3.2.2 COLETA E PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

As emulsões foram fornecidas de duas maneiras: enquanto a RL-1C foi

fornecida em um recipiente de 50 litros, a RM-1C foi fornecida em uma lata de

18 litros. Os ensaios de caracterização foram executados no Laboratório de

Ligantes Asfálticos do IPR-DNER.

3.3 PROCEDIMENTO DE MISTURA SOLO-EMULSÃO

Por serem sistemas heterogêneos com diversas fases contínuas e

descontínuas, a mistura entre solo-emulsão deve ser feita com cuidado para

que não haja confusão entre os conceitos já existentes para o sistema solo-

água.

Os primeiros cuidados envolvem sobretudo a escolha do teor de emulsão a

ser aplicado, o que deve ser feito de acordo com o tipo de solo que será

utilizada na mistura.

A adição de emulsão ao solo pode envolver uma diluição em água, o que é

chamada de água de diluição, o que acontece pelo fato de a emulsão ser muito

viscosa (VOGT, 1971; MATTOS et al.,1991). LUCENA et al. (1982) e ARAÚJO

80

et al. (1983) recomendam uma parte de emulsão e uma parte de água,

enquanto VOGT (1971) recomenda fazer um ensaio de laboratório com teores

de 45% e 30% de diluição até se encontrar uma boa dispersão e viscosidade.

Em laboratório, a água de diluição ajuda na dispersão da emulsão de baixa

viscosidade na massa de solo, vindo a influir na facilidade de mistura. Em

campo, MOREIRA (2006) afirma que a água de diluição também retarda o

rompimento da emulsão, possibilitando uma operação de mistura mais

demorada e intensa, notadamente em tempos de aplicação mais elevados.

Existe ainda a água que é utilizada normalmente em laboratório ou em

campo que é acresentada ao solo para levá-lo à umidade ótima. Em misturas

solo-emulsão, ela melhora a dispersão da emulsão ao solo de uma forma mais

direta, sendo chamada de água de compactação por VOGT (1971). MATTOS

et al (1991), de acordo com estudos experimentais, chegaram à conclusão de

que a mistura de um solo seco ou parcialmente úmido à emulsão pode

provocar sua ruptura prematura. Isso acontece, porque o solo seco é um

material higrófilo, ou seja, ávido por água e com uma alta sucção.

A respeito, VOGT (1971) constata que existe um teor mínimo de água, da

ordem de 3 a 5 %, abaixo da qual não é possível dispersar a emulsão ao solo.

Esse teor crítico é chamado de água de diluição.

Não devem deixar de ser consideradas a umidade higroscópica do solo e a

água já contida na emulsão pura. Ela é determinada em ensaios de destilação

ou em resíduo por aquecimento de emulsões asfálticas.

Essas quatro parcelas formam a percentagem de água necessária para a

compactação do solo, e é chamada por VOGT (1971) de água total, e é o teor

necessário teórico para a dispersão total dessa água no solo. Na prática, a

água total depende diretamente do equipamento a ser utilizado na mistura, e a

esse valor é acrescido uma umidade de 1 a 5 %. Quando maior a energia de

dispersão, maior deverá ser esse valor, provavelmente para prevenir as perdas

de umidade durante o processo de mistura.

Existe ainda a definição sobre o teor de fluidos ótimo de uma mistura, que

é análoga à umidade ótima para misturas solo-emulsão.

JACINTHO et al. (2005) e MOREIRA (2006) consideram que o teor de

fluidos é simplesmente a soma da quantidade de água com a quantidade de

emulsão a ser acresentada a um solo. Em contrapartida, LUCENA et al. (1982),

81

ARAÚJO et al. (1983), BUENO et al. (1991) e CARVALHO et al. (1992) nem

mencionam este conceito. Esses trabalhos devem considerar o CAP contido na

emulsão como um elemento sólido e apenas a fase líquida da emulsão (água +

emulsificante) entraria no cálculo como uma parcela da umidade ótima.

Em suma, o autor da presente pesquisa seguirá a segunda linha de

raciocínio para aplicações no laboratório, por acreditar que o CAP, após a

ruptura da emulsão e conseqüente formação de filme betuminoso, se torna um

elemento sólido. Para este estudo desenvolveu o autor desta pesquisa uma

planilha em EXCEL para auxiliar nos cálculos de materiais a serem utilizados

nas misturas em laboratório.

Todavia, para critérios práticos, no Apêndice B é mostrada uma memória

de cálculo com o teor de fluidos como parte de uma aplicação em campo.

JACINTHO (2005) faz uma comparação entre os dois pontos de vista em

um ensaio de compactação: à esquerda da FIG 3.11, o CAP entra como um

sólido, e à direita, o CAP entra como um fluido que é parte da emulsão.

Verifica-se que há uma pequena diminuição da umidade ótima e um

aumento do teor de fluidos com o aumento do teor de emulsão, o que é

justificado pelo aumento da quantidade de CAP na mistura e pelo conseqüente

aumento na parcela sólida do solo.

(a) (b)

FIG. 3.11 Comparação entre (a) gs versus umidade (%) e (b) gs versus

teor de fluidos(%) (JACINTHO, 2005)

82

Para se calcular um traço de solo-emulsão em laboratório, antes de tudo é

necessário que sejam obtidos os seguintes dados do solo e da emulsão a

serem misturadas:

• Umidade higroscópica do solo;

• Umidade ótima do solo puro;

• Quantidade de solo a ser trabalhada;

• Percentagem de CAP na emulsão;

• Percentagem de água na emulsão;

• Teor de emulsão a ser misturado.

Como exemplo, seja misturar 10 quilos de solo a um traço em relação ao

peso seco de solo de 2% de emulsão do tipo RL-1C, como se segue:

• Umidade higroscópica do solo: 2 %;

• Umidade ótima do solo: 10 %;

• Percentagem de CAP na emulsão: 62%;

• Percentagem de água na emulsão: 38 %

Como o traço é feito em relação ao solo seco, calcula-se o solo seco,

dividindo o peso do solo pela sua umidade, em seguida, obtendo-se a

quantidade de emulsão a ser acrescentada:

gmlEm

gh

PhPs

4,1984,198980302,0

980302,01

100001

==×=

=+

=+

=

A quantidade de emulsão a ser acrescentada é de 198 g; ela deverá ser

diluída em quantidade igual de água, conforme visto nesse mesmo item. Trata-

se da água de diluição, misturada antes mesmo da mistura ao solo. Caso a

emulsão seja acrescentada pura, corre-se sério risco de a moldagem não ser

satisfatória: são aproximadamente 200 ml de emulsão a ser diluída em 10

quilos de solo.

Em seguida, passa-se ao cálculo da água já presente na emulsão. Dos 198

ml, já são acrescentados 38 % de água, o que perfaz 74 ml de água.

O cálculo da água de dispersão, isto é, a água que deve ser acrescentada

para diminuir a sucção no solo, é feito a partir da água que leva o solo à

83

umidade ótima. Como já estão presentes 2 % de água, faltam 8 % a serem

acrescentados.

Água = 0,08 X 9803 =785 ml água

Desse total, devem ser desconsideradas a água já presente na emulsão e a

água de diluição. O resultado é a água de dispersão que deve ser

acrescentada ao solo para se levar à umidade ótima.

Água de dispersão = 785 – (74 + 198) = 512 ml água

Outro cuidado a ser tomado é quando, seguindo esse roteiro de cálculo,

acha-se uma quantidade de água de dispersão “negativa”. Isso pode ser

possível principalmente em solos com alta umidade higroscópica adicionados a

teores elevados de emulsão. Nesse caso, a própria umidade higroscópica já

exerce um papel de facilitar a dispersão do ligante, sendo dispensada a

presença de água específica para isso. Deve-se assim, diluir a emulsão em um

traço maior que uma parte de água para uma parte de emulsão, para que a

água a ser utilizada na diluição da emulsão seja por si só capaz de levar a

mistura ao teor ótimo.

A mistura deve ser feita com igual cuidado, haja visto que são misturados

dois tipos de materiais completamente diferentes. O modus operandi utilizado

no presente trabalho compõe-se das seguintes fases:

• Ensaio de umidade higroscópica do solo;

• Separação da quantidade de solo e de emulsão a ser ensaiada;

• Cálculo da quantidade de água e de emulsão a serem adicionadas;

• Adição de uma parte da água de moldagem (água de dispersão),

previamente calculada;

• Adição de outra parte à emulsão asfáltica (água de diluição)

previamente calculada;

• Adição da emulsão diluída ao solo e posterior homogeneização

manual;

84

• Homogeneização mecânica por três minutos em misturador de

solos;

• Moldagem e compactação dos corpos-de-prova;

• Pesagem dos corpos-de-prova;

• Colocação dos corpos-de-prova em cura seca (ao ar livre) ou em

cura úmida (na câmara úmida). Nesse segundo caso, o corpo-de-

prova é envolvido em filme de PVC antes de ser colocado na

câmara úmida.

3.4 ENSAIOS DE MISTURAS SOLO-EMULSÃO

3.4.1 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES:

O ensaio de resistência à compressão simples (RCS) para amostras de

solo-cimento é normatizado pelos métodos de ensaio DNER ME 202/94 e

ABNT NBR 12024 e 12770. Buscou-se adaptar essa norma para amostras de

solo-emulsão, seguindo o mesmo tamanho de corpo-de-prova e a mesma

seqüência de ensaio.

1- Logo após ter-se preparado a mistura como no item 3.3, passa-se à

moldagem do corpo-de-prova no interior de molde cilíndrico Proctor,

firmemente ajustado à sua base e ao colarinho em três camadas sucessivas;

2- Cada camada receberá 25 golpes do soquete metálico, em queda livre.

Atenção aos cuidados na hora da moldagem, e principalmente entre uma

camada e outra, de acordo com a norma DNER ME 202/94;

3- Extrai-se o corpo-de-prova do molde. Pesa-se e coloca-se o corpo-de-

prova em cura ao ar livre por 7 ou 28 dias, de acordo com a condição de

ruptura do ensaio desejada;

4-Após o período de cura necessário, o corpo-de-prova é pesado e tem seu

diâmetro medido. São verificados problemas quanto ao nivelamento das faces

superior e inferior; não se desejam distorções angulares significativas;

5- Coloca-se o corpo-de-prova na prensa eletrônica, de tal modo que o eixo

do corpo-de-prova se alinhe com a bilha inferior do anel dinamométrico;

Regula-se a mesa inferior da prensa, de modo que a bilha e o top cap do

85

corpo-de-prova tenham contato;

6- Instala-se o LVDT ao braço magnético, posicionando-o de tal modo que

a sua ponta tangencie a mesa inferior da prensa. O objetivo é que o

deslocamento da mesa seja captado pelo LVDT;

7- Inicia-se o carregamento. Aplica-se uma taxa de deslocamento da mesa

de norma de 1 mm/min para os ensaios. A condição de parada do

carregamento ocorre quando o leitor de carga do sistema de aquisição de

dados estiver indicando uma estabilização na leitura dos valores de carga,

indicando a proximidade da ruptura do corpo-de-prova;

8- Calcula-se a resistência à compressão axial do corpo-de-prova dividindo

a carga de ruptura pela sua seção transversal. Também pode ser obtida a

curva tensão-deformação.

Nas FIG 3.12 e 3.13 apresentam-se fotos do equipamento e da prensa

vertical do IME, com detalhe do anel dinamométrico acoplado à prensa e do

defletômetro, acoplados ao corpo-de-prova, com o sistema de aquisição de

dados utilizados nas leituras do LVDT e do anel dinamométrico.

FIG. 3.12 Detalhe da prensa de resistência à compressão simples

eletrônica do IME, usada neste estudo.

86

FIG. 3.13 Detalhe da tela do sistema da captação de dados do IME,

utilizada neste estudo para a RCS

3.4.2 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO INDIRETA

Este ensaio, internacionalmente adotado, foi idealizado inicialmente para o

concreto pelo pesquisador brasileiro F. L. Lobo Carneiro. Foi estendido ao

estudo dos solos estabilizados quimicamente, visto que o solo tratado adquire

resistência à tração, e ao estudo das misturas asfálticas, de acordo com o

método de ensaio 138/94 do DNER, (DNER ME 138/94) e a ABNT NBR 15087.

O ensaio normalmente é realizado fazendo-se atuar um carregamento

auto-equilibrado, distribuído em duas arestas diametralmente opostas de um

cilindro, surgem tensões de tração praticamente constantes na direção

perpendicular àquela da aplicação do carregamento.

Para se fazer esse ensaio, contou-se com duas adaptações do

equipamento usado no ensaio de resistência à compressão simples. Substituiu-

se o top cap por dois cutelos de aço, sendo que um foi colocado na mesa

apoiando o corpo-de-prova, e o outro sendo responsável pelo contato da aresta

do corpo-de-prova com a bilha de contato do anel dinamométrico.

A segunda adaptação ocorreu no tamanho do corpo-de-prova. Como era

imperativa que a energia do ensaio não fosse alterada, a compactação ocorreu

no molde do corpo-de-prova Marshall, com três camadas, aplicando-se 16

golpes em cada camada distribuídos pelo corpo-de-prova.

Com a moldagem executada, extrai-se o corpo-de-prova do molde

Marshall, pesando-o e pondo-o em cura ao ar livre ou em outra condição de

87

ensaio desejada.

Passado o tempo de cura, pesa-se o corpo-de-prova, que é colocado na

prensa eletrônica, de tal modo que o eixo formado pelo corpo-de-prova, pela

bilha inferior do anel dinamométrico, e pelos cutelos de aço passe pelo centro

da mesa inferior da prensa.

Inicia-se o carregamento, a partir do momento em que o sistema de

aquisição estiver pronto para captar a força aplicada ao anel e o deslocamento

de LVDT. A taxa de deslocamento da mesa, nesse caso, foi de 0,5 mm/min

para os ensaios.

Calcula-se a resistência à compressão diametral do corpo-de-prova de

acordo com a fórmula descrita na EQ 3.3

EQ 3.3

Para corpos-de-prova com 10 cm de diâmetro, tem-se a simplificação como

na EQ 3.4

EQ 3.4

3.4.3 ENSAIO DE MÓDULO DE RESILIÊNCIA

3.4.3.1 ENSAIOS DE SOLOS

Os procedimentos para a realização do ensaio triaxial dinâmico na

determinação do módulo de resiliência em amostras de solos são descritos

pelo método ME131/94. VIANNA (2002) em sua tese de mestrado desenvolveu

variações no equipamento e nos pares de tensões atuantes no sistema, em

relação à norma do DNER, o que hoje é o modelo implantado no IME.

A importância na execução desse tipo de ensaio é que ele ainda não foi

utilizado para análise de desempenho de solos estabilizados com emulsão

asfáltica, no Brasil. Os ensaios triaxiais dinâmicos buscam reproduzir em

laboratório as condições de carregamento impostas aos materiais pelas cargas

de tráfego.

88

O corpo-de-prova, logo após compactado na umidade de ensaio, é

envolvido por uma membrana de borracha e assentado em uma base porosa.

Também é posicionado um cabeçote em seu topo, e a única exigência é que

ele seja capaz de distribuir uniformemente a força transmitida pelo sistema

pneumático. Para garantir o confinamento do corpo-de-prova, elásticos são

colocados de forma a vedar a membrana plástica.

Em seguida, dois LVDT são fixados no cabeçote superior, e são

posicionados de tal modo que se apóiem em uma haste guia. Essa haste se

estende até a base do aparelho, onde pode ser ajustada pelo operador.

São posicionados em seguida o invólucro cilíndrico e a placa superior,

quando é o momento de se ligar as mangueiras de ar comprimido e terminar as

conexões finais do pistão com o corpo-de-prova.

O ensaio de módulo de resiliência de solos possui duas fases: a primeira

onde são executados 500 ciclos de cada par de tensões descritos na TAB 2.5,

com o objetivo de eliminar ou minimizar os efeitos da deformação plástica ou

de tensões anteriores; e a segunda fase, o ensaio propriamente dito, onde são

executados os pares de tensões descritos na TAB 2.3.

A tensão vertical ou tensão desvio (σd = σ1-σ3) é aplicada no topo da

amostra, sempre no sentido de compressão, de forma cíclica, promovendo um

carregamento e descarregamento, dependendo da freqüência (em geral 1 ciclo

por segundo) e magnitude (em geral 0,1 segundo) que se deseja, enquanto a

tensão confinante, σ3, permanece constante.

A obtenção do módulo resiliente é feito automaticamente pelo computador

para cada par de tensões aplicada. O deslocamento elástico é captado pelos

LVDTs .

Os módulos experimentalmente calculados são modelados de diversas

maneiras. FERREIRA (2002) desenvolveu uma planilha em Excel que executa

o modelo composto e um procedimento para eliminação de valores de módulo

discrepantes. A planilha do IME, apresentada na FIG 3.14, também possui

esse procedimento, com os parâmetros de regressão dos modelos composto,

arenoso e areno-argiloso, esse último tanto em função do invariante de tensões

como da tensão desvio.

89

Operador: SOLO A Km/Jazida: amostra 1Obra: TESTE wot:Energia Normal W(ensaio/mold%):Altura CP: 20 Diâmetro CP: 10 cmσ3 (Mpa) σd (Mpa) V. Médio (mm) D.E.R. M.R. (Mpa)

0,021 0,021 0,016903 0,000085 2410,021 0,042 0,037367 0,000189 2180,021 0,062 0,066046 0,000334 1850,034 0,034 0,026642 0,000135 2550,034 0,069 0,074279 0,000376 1830,034 0,103 0,121684 0,000616 1670,051 0,051 0,042165 0,000213 2390,051 0,103 0,104621 0,000529 1950,051 0,154 0,169503 0,000858 1810,069 0,069 0,057661 0,000292 2350,069 0,137 0,135069 0,000683 2010,069 0,206 0,205177 0,001038 1980,103 0,103 0,078276 0,000396 2600,103 0,206 0,175953 0,000891 2310,103 0,309 0,263041 0,001332 2320,137 0,137 0,091776 0,000465 2950,137 0,275 0,203201 0,001029 2670,137 0,412 0,350085 0,001775 232

K1= 358,011 K3= -0,229K2= 0,350 R2= 0,731

MR = K1 x σ3K2 x σd

K3

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIASEÇÃO DE ENGENHARIA DE FORTIFICAÇÃO E CONSTRUÇÃO - SE-2

LABORATÓRIO DE SOLOS

sigma3(MPa)xMR(MPa)

y = 312,08x0,1214

R2 = 0,26081

10

100

1000

0,01 0,1 1sigma3

MR

sigmad(MPa)xMR(MPa)

y = 222,27x0,0035

R2 = 0,00031

10

100

1000

0,01 0,1 1sigmad

MR

teta(MPa)xMR(MPa)

y = 242,2x0,0742

R2 = 0,10421

10

100

1000

0,01 0,1 1teta

MR

FIG. 3.14 Exemplo da planilha de cálculo de módulo resiliente do IME

90

3.4.3.2 Misturas asfálticas

O módulo de resiliência de misturas asfálticas medido sob carga repetida é

realizado em Compressão Diametral com frisos de carga, com o mesmo tipo de

pulso usado nos módulos de solos compactados e normatizado pela norma

DNER ME 133/94.

A importância desse ensaio é que ele pode ser utilizado no cálculo de

tensões e deformações nos pavimentos, e em conseqüência, em seu

dimensionamento mecanístico. No caso específico de solos estabilizados com

emulsão, ele é aplicado nos trechos onde existe apenas um revestimento

primário de solo-emulsão.

O ensaio dinâmico, representado na FIG 3-15 consiste em se solicitar uma

amostra cilíndrica, por uma carga de compressão distribuída ao longo de duas

geratrizes opostas, sob frisos de cargas, e medir as deformações resilientes ao

longo do diâmetro horizontal, perpendicular à carga F aplicada repetidamente.

As deformações diametrais são medidas através de medidores

eletromecânicos tipo LVDT. (PINTO e PREUSSLER, 1980). É gerada através

da carga compressiva aplicada uma tensão de tração (σt ), e a relação entre σt

e a deformação resiliente εt é chamada de Módulo de Resiliência.

O ensaio é realizado da seguinte forma:

• Posicionar o corpo-de-prova;

• Ajustar os LVDT, de modo que tangenciem o corpo-de-prova;

• Assentar o pistão de carga ao friso superior do corpo-de-prova;

• Ligar o sistema de aquisição de dados.

O programa de automação do ensaio, cuja tela de entrada está

representada na FIG 3-16, aplica uma série de 10 golpes de condicionamento,

para em seguida aplicar uma segunda fase onde os resultados das

deformações serão efetivamente medidos e o módulo de resiliência para este

ciclo será a média de todos os resultados encontrados. Esse protocolo é

repetido três vezes, e o módulo de resiliência final é a média das três medidas

de módulo encontradas.

91

FIG. 3.15 Detalhe do equipamento de ensaio de compressão diametral de

carga repetida com corpo-de-prova de solo-emulsão, do IME

FIG. 3.16 Detalhe da tela de aquisição de dados do ensaio de compressão

diametral de carga repetida, do IME.

3.4.4 ENSAIOS DE DESGASTE

3.4.4.1 INTRODUÇÃO

Uma das maiores demandas na pavimentação hoje em dia é sem dúvida a

utilização de tecnologias baratas e confiáveis para vias com baixo volume de

tráfego. A estabilização com emulsão asfáltica se encaixa nesse perfil, pois os

solos assim estabilizados, além de poder ganhar resistência à compressão

simples ou aumentar seus módulos de resiliência, também podem adquirir

diversas características como resistência à tração e impermeabilidade.

Tal versatilidade permite que o solo estabilizado não seja somente atrativo

92

em sua utilização para bases de pavimentos, mas também como revestimento

primário de rodovias de baixo volume de tráfego. Esse ponto de vista é

reforçado com a norma ASTM D 4223-99 (2006), que utiliza como critério

principal de dosagem do solo emulsão a resistência à tração por compressão

diametral, com corpos-de-prova compactados no equipamento Marshall, como

se faz normalmente para as misturas asfálticas.

Torna-se assim importante avaliar os solos por parâmetros diferentes, que

contemplem melhor a definição de resistir às forças abrasivas do tráfego

(PINTO & PREUSSLER, 2002). Uma alternativa para avaliação da resistência

ao desgaste são os ensaios de desgaste LWT e WTAT, originalmente usadas

na dosagem de microrrevestimento asfáltico que foram adaptadas para

situações diferentes, como o antipó (DUQUE NETO, 2004) e o tratamento

superficial (THULLER, 2005).

3.4.4.2 LWT (LOADED WHEEL TEST)

O ensaio LWT está descrito na norma NBR 14841, denominada

“determinação de excesso de asfalto e adesão de areia” pela máquina LWT. O

ensaio é parte da metodologia de dosagem do microrrevestimento a frio.

O ensaio modificado visa avaliar o efeito da compactação e as

características de deformação da camada de solo quando simulada a ação do

tráfego. Em relação ao solo-emulsão, o ensaio permite ainda uma avaliação da

durabilidade da técnica.

O ensaio, mostrado na FIG 3-17 consiste basicamente em submeter-se

uma porção de solo estabilizado à ação do movimento de uma roda de

borracha sob condições de carga e de número de ciclos fixados, com o intuito

de se simular o desempenho em pista.

93

FIG. 3.17 Foto do equipamento LWT (Loaded Wheel Test) da COPPE –

vista de cima - preparado para ensaio de solo conforme proposto por

DUQUE NETO (2004).

O equipamento utilizado é o seguinte:

• O molde é composto de chapas de 12,7 mm de espessura compondo uma

caixa fechada na base nas dimensões internas de 50,0 mm de altura, 50,8 mm

de largura e 381,0 mm de comprimento.

• A base de fixação possui 6 parafusos de 70,0 mm de altura e 9,52 mm

(3/8”) de diâmetro.

• O êmbolo de compactação, de área plena, tem dimensões de 40,0 mm de

altura, 48,0 mm de largura e 379,0 mm de comprimento.

• É necessário utilizar uma prensa hidráulica de capacidade mínima de 5

toneladas para fazer a compactação estática do solo dentro do molde.

A preparação do solo, moldagem e cura do corpo-de-prova seguiram os

seguintes passos:

• Em uma bacia homogeneizar o solo na umidade ótima de compactação da

energia escolhida. Separar uma quantidade de solo úmido necessário para

moldagem de um corpo-de-prova de 40,0 mm de altura e deixar descansar por

24 horas em câmara úmida. A quantidade de solo úmido é determinada a partir

do volume a ser compactado (dado pelas dimensões do molde) e da densidade

máxima obtida na curva de compactação da energia escolhida.

94

• Colocar a primeira metade do solo espalhando-o dentro do molde de

forma uniforme, colocar o êmbolo de compactação e aplicar uma carga

necessária para se obter uma altura compactada de 20,0 mm. A altura é

verificada com o auxílio de um paquímetro de profundidade em todo o

comprimento do molde.

• Colocar a segunda metade da porção do solo espalhando-o dentro do

molde de forma uniforme, colocar o êmbolo de compactação e aplicar uma

carga necessária para se obter uma altura compactada final de 40,0 mm. A

altura é verificada com o auxílio de um paquímetro de profundidade em todo o

comprimento do molde e a carga normalmente aplicada varia de 2,5 a 4,5

toneladas.

A execução do ensaio segue os seguintes passos:

• Centralizar o molde de forma que a montagem da roda esteja alinhada

com a linha central longitudinal do molde e fixá-lo utilizando os parafusos

prisioneiros.

• Limpar a cobertura de borracha da roda, retirando-se eventuais resíduos

soltos e óleos.

• Determinar a leitura zero com o auxílio do paquímetro de profundidade

em um ponto fixo sobre o ponto central do corpo-de-prova, que deverá estar

marcado na lateral do molde. Verificar as condições iniciais do corpo-de-prova:

presença de exudação, trincamentos e outros possíveis defeitos, registrando-

se sempre todas as alterações

• Abaixar a roda, colocar o peso padrão (56 kg) e zerar o contador de ciclos.

Ligar o aparelho e desligar ao completar os estágios de 20, 50, 100, 200, 300,

500 e 1000 ciclos, verificando o afundamento com o auxílio do paquímetro de

profundidade e observando possíveis defeitos ocorridos durante a passagem

dos ciclos. As observações visuais caracterizam-se pela verificação de defeitos

como desgaste, surgimento de lombadas ou arrancamento de placas.

A apuração dos dados e classificação do ensaio faz-se determinando os

afundamentos em cada estágio de aplicação de carga a partir da diferença da

leitura final e inicial. Traçar um gráfico afundamento (ordenada) versus ciclos

(abscissa) para melhor verificação do desempenho.

95

3.4.4.3 WTAT (WET TRACK ABRASION TEST)

O ensaio WTAT original encontra-se descrito na norma NBR 14746,

denominada “determinação de perda por abrasão úmida”. O ensaio é parte

integrante da metodologia de dosagem do microrrevestimento a frio e lama

asfáltica.

Este ensaio, modificado por DUQUE NETO (2004), avalia o desgaste do

solo quando simulada a ação do tráfego permitindo ainda uma avaliação da

durabilidade da técnica de antipó, de tratamento superficial ou solo-emulsão e

até mesmo da emulsão empregada.

O ensaio modificado consiste basicamente em submeter-se uma amostra

de solo-emulsão à ação de desgaste gerada por ação de uma mangueira de

borracha sob condições de carga e de número de ciclos fixados, como indica a

foto na FIG 3-18.

FIG. 3.18 Equipamento WTAT (Wet Track Abrasion Test), da COPPE, com

camada de solo a ser testada.

O equipamento utilizado é basicamente o mesmo da norma aplicada ao

microrrevestimento, com as seguintes alterações (DUQUE NETO, 2004):

• O molde para uso é composto de chapas de 6,3 mm de espessura

compondo um cilindro fechado na base nas dimensões internas de 50,0 mm de

altura e 300,0 mm de diâmetro.

• Régua de aço de 5,0 mm de espessura e 400,0 mm de comprimento.

• Soquete Marshall.

96

A preparação do solo, moldagem e cura do corpo-de-prova para o ensaio

WTAT modificado seguem os seguintes passos:

• Colocar a primeira metade do solo espalhando-o dentro do molde de

forma uniforme, compactar com o soquete Marshall a camada de solo

distribuindo os golpes em toda a área de solo (para a energia intermediária são

necessários 88 golpes por camada).

• Colocar a segunda metade do solo espalhando-o dentro do molde de

forma uniforme, compactar, com o soquete Marshall, a camada suplementar de

solo. Rasar a superfície com um bisel de modo que fique horizontal e sem

elevações.

A execução do ensaio segue os seguintes passos:

• Pesar o conjunto molde + solo antes de começar o ensaio. Pesar o

mesmo depois de pincelado com uma vassourinha e retirado o excesso.

Determinar 3 alturas no centro do molde com auxílio da régua de aço e do

paquímetro de profundidade. Verificar as condições iniciais do corpo-de-prova.

• Centralizar o molde de forma que a montagem do cilindro esteja

centralizada com o equipamento e fixá-lo utilizando as presilhas laterais e uma

borracha de látex.

• Travar o cabeçote de abrasão da mangueira de borracha no eixo da

máquina. Elevar a plataforma da máquina até que a mangueira de borracha se

apóie livremente sobre a superfície da amostra.

• Regular a máquina para 110 rpm e tempo de operação de 5 minutos.

• Ligar a máquina e esperar o fim do ensaio.

• Retirar o material desprendido após o ensaio com ajuda de uma

vassourinha. Pesar o conjunto molde + solo depois do ensaio. Determinar 3

alturas no centro do molde com auxílio da régua de aço e do paquímetro de

profundidade nos pontos onde foram feitos as determinações iniciais,

verificando as condições finais do corpo-de-prova.

A apuração dos dados e classificação do ensaio seguem os passos

descritos a seguir (DUQUE NETO, 2004):

• Determinar a deformação permanente vertical a partir da diferença das

alturas médias final e inicial.

• Determinar a perda por abrasão a partir da diferença de massas final e

inicial.

97

4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISES DOS RESULTADOS

Neste capítulo são apresentados os resultados dos ensaios e as análises

realizadas nesta pesquisa. São apresentados os resultados dos ensaios de

caracterização dos solos e das emulsões utilizados; ensaios de resistência que

analisam o comportamento mecânico da mistura como base de pavimentos:

resistência à compressão simples, resistência à tração indireta e módulo de

resiliência; e ensaios que analisam o comportamento mecânico da mistura

como revestimento primário de vias de baixo custo: módulo de resiliência na

tração diametral e ensaios de desgaste como o Loaded Wheel Test (LWT) e o

Wet Track Abrasion Test (WTAT). Também são apresentadas fotos de

microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos solos puros e dos solos

estabilizados.

4.1 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DESTE ESTUDO

4.1.1 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS

A partir da coleta das amostras no campo, foram feitos os ensaios de

caracterização dos solos a serem utilizados na pesquisa, executados no

Laboratório de Solos do IME.

Trabalhou-se com amostras destorroadas e secas ao ar. Deve-se notar que

essas condições descritas são apenas representações do que acontece no

campo.

Os solos apresentaram as curvas granulométricas representadas na FIG 4-

1. Apenas o Solo A obedece aos requisitos dos solos estabilizáveis com

emulsão asfáltica, conforme exposto no item 2.4.3. O Solo B obedece a alguns

destes requisitos, e o Solo C, pela sua plasticidade, não obedece a nenhum.

O Solo A é classificado como A-2-4 na classificação TRB, sendo sua

classificação MCT, NA’, compatível com o horizonte C de coleta. Trata-se de

um solo de bom comportamento em pavimentação, podendo ser utilizado em

bases e sub-bases de pavimentos, dependendo do CBR, pelas especificações

98

tradicionais para o método de dimensionamento do DNER (SOUZA, 1981).

O Solo B, é classificado como A-7-5 e o Solo C, como A-7-6. Pelas suas

características e pela classificação TRB, seus desempenhos são descritos

como ruim em pavimentação. Todavia, são solos de comportamento laterítico:

são LG’ na classificação MCT e por isso são aproveitados em pavimentação.

Os três solos descritos são classificados como SM (areia siltosa) segundo

o sistema unificado de classificação de solos (SUCS), embora sejam solos

completamente diferentes entre si.

TAB. 4.1 Resultados de caracterização dos solos

Percentagem passante Classificação Índices Solo

#4 #10 #40 #200 TRB SUCS MCT LL IP IG

A 98 95 81 30 A-2-4 SM NA’ NP NP 0

B 100 97 64 41 A-7-5 SM LG’ 52 15 3

C 97 91 62 41 A-7-6 SM LG’ 43 19 4

0

20

40

60

80

100

120

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS(mm)

% Q

UE

PASS

A D

A

AM

OST

RA

TO

TAL

Solo A Solo B Solo C

FIG. 4.1 Granulometria dos solos estudados

A caracterização química dos solos foi realizada no laboratório de Análises

Químicas de Solos da COPPE/UFRJ. Consistiu nas seguintes análises

realizadas para os três solos:

• pH: para avaliar a acidez ou basicidade do solo, relacionado com o

tipo de emulsão ideal (aniônica ou catiônica) a ser utilizado na

estabilização;

• Matéria orgânica (M.O): para quantificar a quantidade de matéria

99

orgânica presente no solo. KEZDI (1979) afirma que esse tipo de

componente pode ou não ter um efeito danoso à estabilização,

dependendo de sua origem;

• Ataque sulfúrico: Esse tipo de reação afeta a porção argila do solo,

permitindo identificar compostos de SiO2, Al2O3, Fe2 O3 e K2 O. A

maior ou menor presença desses compostos indicam o grau de

intemperização do solo.

• Resíduo (Res) : Porção do solo que não sofreu o ataque sulfúrico.

Referente à fração areia do solo que, formada principalmente por

quartzo, não sofre o ataque sulfúrico. (MACIEL FILHO, 1997)

• Ki e Kr: São coeficientes importantes que mostram a evolução do

solo. Quando esses coeficientes são menores que 2, indicam um

grau alto de intemperização.

O resultado desses ensaios é encontrado nas TAB 4.2 e 4.3.

TAB. 4.2 Caracterização química dos solos

pH AMOSTRA H2O KCl

M.O.

SOLO A 4,87 4,06 0,17 SOLO B 5,41 4,48 0,37 SOLO C 5,15 4,45 0,94

TAB. 4.3 Caracterização química dos solos – Ataque sulfúrico

ATAQUE SULFÚRICO SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O TiO2 Res. Ki Kr

AMOSTRA

% % % % % % SOLO A 8,26 6,62 3,02 0,25 0,1 76,4 2,12 1,64 SOLO B 15,69 19,7 5,78 0,22 0,54 45,3 1,35 1,14 SOLO C 16,04 12,1 5,41 0,55 0,64 54,3 2,25 1,75

Em geral, os solos são classificados como ácidos, pois os pH foram em

todos os casos menor que 7. Também nos solos A e B foi encontrada uma

quantidade de matéria orgânica menor que 0,4, enquanto no solo C esse valor

foi bem próximo de 1. Tais valores são considerados baixos, haja visto que um

100

solo orgânico apresenta mais de 20% de matéria orgânica.

O solo A sofreu menos o ataque sulfúrico que os outros solos,

apresentando um resíduo de 76,4%. Este caso também é visto nas

percentagens de SiO2, Al2O3, Fe2O3 e K2O encontradas: os Solos B e C

apresentaram uma percentagem desses compostos maior que o Solo A.

O coeficiente Ki do Solo A apresentou valor de 2,12 e do Solo B apresentou

1,35, o que indica que o Solo B, sofreu mais intemperismo que o Solo A. Por

sua vez, o coeficiente Kr, também foi maior para o Solo A que para o Solo B,

mas seu valor encontrado foi menor que 2. O Solo C, pelos seus valores de Ki

e Kr, foi o menos intemperizado de todos.

Como já mencionado no item 2.4.3.2, solos com relações sílica-

sesquióxidos (Kr) acima de 2 devem ser estabilizados com sais de amina,

presentes apenas em emulsões catiônicas (KEZDI ,1979). Na verdade, existe

uma faixa de compatibilidade de cada tipo de emulsão de acordo com o

percentual de sílica e de óxidos alcalinos presentes no solo, de acordo com o

mostrado na FIG 2.10.

A análise auxiliar das amostras através do detector EDX (difratografia por

raio-X) pôde identificar alguns minerais presentes nos Solos A e B. A TAB 4.4

mostra a intensidade da presença destes minerais no solo.

TAB. 4.4 Minerais presentes nos solos – Levantamento por meio do

detector EDX

MINERAIS PRESENTES Gipsita Goetita Quartzo Ilita

AMOSTRA

% % % % SOLO A + + ++ - SOLO B ++ + + -

OBS: + - O mineral está presente no solo;

++ - O mineral tem uma presença maior no solo;

- - O mineral não está presente no solo.

O solo A apresentou uma proporção com maior presença de quartzo, o que

comprova sua natureza granular, enquanto o Solo B apresenta uma presença

101

maior do argilomineral gipsita. Tal análise vem a corroborar os resultados da

análise química realizada e mostrada na TAB 4.3.

Em apenas uma das análises de solos estabilizados, também foi

encontrada pela análise pontual uma alta ocorrência do átomo de carbono. A

presença deste átomo é sinal de que na região de análise deva existir um filme

de CAP cobrindo algum grão de solo, haja vista que a identidade do CAP é a

presença de cadeias orgânicas formadas principalmente por este elemento. A

FIG 4.2 indica, em preto, o filme betuminoso capturado pela análise, por meio

de uma fotografia com MEV com ampliação de 500 vezes.

FIG. 4.2 Fotografia em MEV, de solo A + 8 % RL-1C, com ampliação de

500 vezes, com destaque em preto de filme betuminoso encontrado.

4.1.2 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DE EMULSÕES DESTE ESTUDO

Caracterizaram-se as emulsões asfálticas a partir de amostras

representativas dos vasilhames onde eram acondicionados. Tomou-se cuidado

no armazenamento das emulsões, para que não acontecesse sua ruptura.

Ensaios de desemulsibilidade de emulsões asfálticas por meio da ruptura com

cimento (NBR 6297/2003) foram realizados periodicamente para verificar o

estado dos ligantes asfálticos, habilitando ou não seu uso na pesquisa.

A caracterização das emulsões é mostrada nas TAB 4.5 e 4.6, e os

parâmetros de comparação são da norma ABNT-P-EB-472, como na FIG 2.3.

102

TAB. 4.5 Ensaios de caracterização da emulsão RM-1C

RM-1C Encontrado Valor referência

Viscosidade Saybolt-Furol a 50° C 33,5 20-200

Peneiração (retido na peneira 0,84

mm), % em peso

0,002 Max 0,1

Carga de partícula Positiva Positiva

Resíduo da destilação , % em peso

sobre o total

67 Min 62

TAB. 4.6 Ensaios de caracterização da emulsão RL-1C

RL-1C Encontrado Valor referência

Viscosidade Saybolt-Furol a 50° C 32 Max 70

Peneiração (retido na peneira 0,84

mm), % em peso

0 Max 0,1

Carga de partícula Positiva Positiva

Resíduo da destilação, % em peso

sobre o total

62 Min 60

4.2 ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO DESTE ESTUDO

Os solos foram secos ao ar e separados em porções de 5 kg. Em seguida,

água foi acrescentada até se obter um ponto próximo à umidade ótima, com

dois pontos no ramo seco e dois pontos no ramo úmido.

Cada um dos solos foi compactado na energia Proctor Normal, sendo

utilizados os corpos-de-prova padrão AASHTO, com cinco camadas e doze

golpes do soquete de compactação em cada camada. Ao final da compactação

de cada camada é feita a verificação da altura sendo compensada nas

camadas subseqüentes caso esta esteja maior ou menor.

Com o peso do molde, volume do molde, umidade, peso do molde + solo

úmido compactado são determinados para cada umidade a massa especifica

aparente seca (MEAS) e traça-se a curva de compactação. Foram utilizados

pelo menos cinco pontos para se obter a curva de compactação. A FIG 4.3

103

mostra as curvas para os solos A, B e C puros; no entanto, curvas de

compactação de solos estabilizados podem apresentar diferenças em

comparação com solos puros.

1,40

1,50

1,60

1,70

1,80

1,90

2,00

0 5 10 15 20 25 30

Umidade (%)

ME

AS

(g/c

m3)

Solo A Solo B Solo C

FIG. 4.3 Curva de compactação para os solos estudados

Da análise da curva de compactação, são mostrados comportamentos

muito distintos entre os solos. O solo A possui MEAS de 1,9 g/cm3 e, sendo um

solo granular, é diferente dos outros dois solos, com MEAS de cerca de 1,7

g/cm3. A umidade ótima do Solo A é de 12 %, menor que a umidade ótima do

Solo B (20%) e do Solo C (16%), o que confirma que a umidade ótima dos

solos finos em geral é maior que a dos solos granulares.

104

4.3 PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL

4.3.1 O MODELO DE ANÁLISE PARA A COMPRESSÃO SIMPLES E PARA

O MÓDULO DE RESILIÊNCIA

A resistência à compressão simples (RCS) e o módulo de resiliência serão

analisados do ponto de vista estatístico com a ajuda das técnicas de análise de

variância e planejamento de experimentos.

Buscou-se inicialmente fazer um levantamento dos fatores que poderiam

de alguma forma influenciar na RCS de misturas solo-emulsão, com base em

experiências anteriores, como em LUCENA et al. (1982); GUARÇONI et al.

(1988) e MATTOS et al. (1991), ou em outros trabalhos igualmente importantes

descritos no Anexo A.

O resultado encontrado nesse levantamento foi o seguinte:

• Tipo de solo: A emulsão age de forma diferente em solos granulares

e solos plásticos;

• Tipo de emulsão: Como e o quão rápida será a ruptura que a

emulsão terá no processo de mistura;

• Teor de emulsão: A quantidade de emulsão que se adiciona a uma

mistura é determinante no tipo de ação que o produto terá sobre a

matriz de solo;

• Tempo entre a moldagem e a ruptura: Pode ser um fator importante

levando em consideração a confecção da mistura em usina de solos

e a simulação do transporte até o local de aplicação;

• Tempo entre a compactação e a ruptura: A cura de corpos-de-prova

de solos estabilizados pode ser um fator crucial no ganho de

resistência, a exemplo do que é encontrado no solo-cimento e no

solo-cal;

• Tipo de cura: Pode-se ter uma cura úmida sem variação de

umidade, como no solo-cal, ou uma cura seca, como no solo-

cimento, que pode ainda ser realizada ao ar livre ou em 24 horas na

estufa a 60°C.

O próximo passo foi decidir o número de níveis que iriam ser executados

105

em cada fator, o que é particularmente importante na visualização do

experimento, por exemplo: com cinco níveis em seis fatores, seriam

necessários 15625 ensaios sem réplica; com quatro níveis, seriam 4096.

A saída para viabilizar esse estudo é se executar um experimento

exploratório, onde para cada fator sejam feitos apenas dois níveis, para que em

seguida, sejam detalhados apenas os fatores mais importantes, ou seja,

aqueles que apresentem o valor P menor que a significância adotada na

análise.

Com base em parte dos trabalhos publicados anteriormente e descritos no

Anexo A, foram escolhidos os seguintes fatores para fazer parte do trabalho:

• Tipo de solo;

• Tipo de emulsão;

• Teor de emulsão acrescentado;

• Tempo de cura;

Entretanto, em relação à cura do corpo-de-prova, deveriam ser escolhidos

dois níveis independentes entre si. Além disso, decidiu-se que não seriam

feitos ensaios onde a massa solta ficasse algum tempo “em cura” antes da

compactação, pois a perda de umidade de alguma forma já seria avaliada com

a análise da cura do corpo-de-prova.

Assim, optou-se por trabalhar inicialmente com apenas dois níveis de cada

um dos quatro fatores, caracterizando um experimento 24 resumido na TAB

4.7, que resulta em 16 combinações.

TAB. 4.7 Níveis e fatores trabalhados na pesquisa exploratória

Tipo de solo (1) Solo A Solo B

Tipo de emulsão (2) RL-1C RM-1C

Teor de emulsão (3) 4% de peso seco

do solo

8% de peso seco

do solo

Tempo de cura (4) Ar livre por 7 dias Ar livre por 28 dias

Para a resistência à compressão simples, cada um desses 16

experimentos foi executado com duas réplicas para cada uma, ou seja, 3

corridas para cada experimento, perfazendo 48 corridas ao total.

106

Para o módulo de resiliência, em cada um dos 16 experimentos foi

executado apenas um ensaio, sem réplica, perfazendo 16 corridas no total.

MONTGOMERY (1998) adverte que em experimentos como esse, sem réplica,

admite-se a não variabilidade dos valores encontrados, o que não é verdade.

Assim, o universo amostral de cada corrida serão os módulos de resiliência

encontrados no ensaio de cada uma.

Porém para minimizar este fato, conta-se com a metodologia do ensaio,

visto que, para cada uma das 16 corridas, havia de 16 a 18 valores de módulo

encontrados oriundos do ensaio, pois houve valores que não puderam ser

registrados pelo equipamento triaxial dinâmico.

O conjunto de resultados foi colocado no módulo de Planejamento

Experimental do programa STATISTICA 7.0, na opção de planejamento

experimental fatorial, com o nível de significância de 0,05, ou seja, se o valor P

referente à influência de um determinado efeito fosse menor que esse valor,

esse efeito era significativo no processo. Se esse valor P estivesse entre 0,05 e

0,10, seria marginalmente significativo, e teria alguma influência.

Em seguida, foram feitos outros ensaios para se depurar o tipo e o modo

de que cada efeito ou conjunto de efeitos influíam no processo. Foram então

executados os teores de 2 e 6 % de emulsão, seguidos por uma série de

corridas onde a ruptura era executada imediatamente após a compactação do

corpo-de-prova.

4.3.2 O MODELO DE ANÁLISE PARA OS OUTROS ENSAIOS

Os outros ensaios (resistência à tração indireta RT, módulo de resiliência

na tração diametral MRCD e ensaios de desgaste) não seguiram o planejamento

completo. Para a RT e MRCD, variou-se apenas o tipo de solo (Solo A e Solo B)

e o teor de emulsão acrescentado (2, 4, 6 e 8% RL-1C). Para os ensaios de

desgaste, foram ensaiados o solo puro e o solo estabilizado com o teor de 2 %

RL-1C para o Solo A e de 4 % RL-1C para o Solo B.

Cada uma dessas séries de ensaios era analisada individualmente,

admitindo que não houvesse influência entre esses dois fatores. Os resultados

de cada série uniforme de corridas (p. ex. Solo A + 2 % RL-1C, resistência à

107

tração indireta) eram postos no módulo de Análise de Variância (ANOVA) do

STATISTICA 7.0.

Os testes que foram executados foram os testes de mínima diferença

significativa (Teste de Fisher), para analisar as comparações entre todos os

pares possíveis de médias de cada série uniforme e o teste-T emparelhado,

para analisar se a adição de emulsão era significante para determinado ensaio

de desgaste.

Muitos desses resultados mais importantes serão mostrados ao longo do

texto desta dissertação, através de tabelas comparativas.

4.4 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES

4.4.1 ENSAIOS DE SOLOS PUROS

Os ensaios de resistência à compressão simples (RCS) foram moldados

em corpos-de-prova Proctor. O objetivo desse procedimento é ter um

parâmetro de comparação que seja útil tanto para avaliação de resistência de

solos puros quanto para solos estabilizados, em comparação aos valores

tradicionalmente utilizados nos estudos de estabilização com outros produtos,

tais como o solo-cimento. Para o ensaio de resistência à compressão simples

foram utilizadas as normas da ABNT NBR 12024 e 12770 e DNER-ME 202/94.

Os solos puros são analisados em separado para se quantificar os efeitos

de ganho de RCS independente de qualquer efeito devido à estabilização com


Deve-se salientar que a relação entre altura e diâmetro desse tipo de

corpo-de-prova é bem diferente que a usualmente empregada, onde a altura é

o dobro do diâmetro, o que possibilitaria a ruptura por cisalhamento. O padrão

de ruptura observado nesse estudo e mostrado como exemplo na FIG 4.4, e

em outros semelhantes onde foram ensaiadas misturas solo-emulsão como em

JACINTHO (2005), é o padrão aproximadamente vertical, ao contrário do

padrão inclinado em 45 graus normalmente visto em rupturas por cisalhamento.

O resultado dos ensaios de solos puros, com suas médias e umidades de

moldagem, é mostrado na TAB. 4.8. Para avaliar os resultados da sucção e da

108

perda de umidade na RCS dos corpos-de-prova do solo puro, foram realizados

ensaios onde a ruptura não se seguiu imediatamente à moldagem dos

mesmos, sendo realizada apenas depois de 7 e de 28 dias após a moldagem

ter sido feita. Os resultados para 7 dias para os três solos, com as umidades de

moldagem estão descritos na TAB 4.9 e para 28 dias, na TAB 4.10.

FIG. 4.4 Padrão de ruptura encontrado nos ensaios de compressão simples

de solos puros

TAB. 4.8 Resultados dos ensaios de RCS – Solos A , B e C puros

Solos (Hmold) RCS1

(KPa)

RCS2

(KPa)

RCS3

(KPa)

MÉDIA

(KPa)

H ótima

(%)

A (11,5 %) 112 91 113 105 12 %

B (19%) 157 185 178 173 20 %

C (15 %) 218 216 217 217 16 %

TAB. 4.9 Resultados dos ensaios de RCS – Solos com cura de 7 dias

Solos (Hmold) RCS1

(KPa)

RCS2

(KPa)

RCS3

(KPa)

MÉDIA

(KPa)

H ruptura

(%)

A (11,3%) 291 391 340 341 3,8 %

B (19,5 %) 672 691 721 695 5,3%

C (15,5%) 1476 * * 1476 7,6 %

109

TAB. 4.10 Resultados dos ensaios de RCS – Solos com cura de 28 dias

Para o solo C com 7 dias de cura foi realizado apenas um ensaio de RCS,

e não foram realizados ensaios com cura de 28 dias.

Comparando-se o efeito da perda de umidade nos solos, nota-se o ganho

de resistência relativo maior dos solos B (699,0 aos 28 dias e 694,67 aos 7 dias

contra 173,18 com ruptura imediata) e C (1476,4 aos 7 dias contra 216,76 com

ruptura imediata) em relação ao solo A (320,9 aos 28 dias e 340,78 aos 7 dias

contra 105,36 com ruptura imediata). Verifica-se que não há ganho significativo

de 7 para 28 dias nos solos A e B, com semelhantes umidades de moldagem.

Foi observado também que os corpos-de-prova com 28 dias de “cura”

embora apresentassem RCS como na TAB 4.10, apresentavam-se frágeis e

incapazes de resistir a impactos fortes, por causa principalmente da baixa

umidade observada.

O efeito da perda de umidade é mais percebido nos solos B e C, pois é

sabido que os efeitos de sucção são mais acentuados em solos finos (os solos

B e C têm 41 % passante na #200) que solos granulares (o solo A tem 30%

passante na # 200).

4.4.2 ENSAIOS DE SOLOS ESTABILIZADOS

4.4.2.1 O EXPERIMENTO EXPLORATÓRIO

Os resultados das 48 corridas estão na TAB 4.11 e 4.12 e foram colocadas

no módulo de Planejamento Experimental do programa STATISTICA 6.0, na

opção de experimento exploratório fatorial, nos moldes da FIG 4.7. A planilha

de resposta do programa de análise estatística encontra-se na TAB 4.13.

Embora o objetivo seja apenas a indicação de quais fatores sejam mais ou

Solos (Hmold) RCS1

(KPa)

RCS2

(KPa)

RCS3

(KPa)

MÉDIA

(KPa)

H ruptura

(%)

A (11 %) 371 331 260 321 1,3 %

B (19,8 %) 668 695 724 699 3,7 %

110

menos significativos, foi escolhida a opção de se considerar também a

influência conjunta de dois ou mais fatores. No âmbito desta dissertação

valores em vermelho mostram fatores com significância estatística; valores em

azul apresentam fatores marginalmente significativos e valores em preto

correspondem valores sem significância estatística.

TAB. 4.11 Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com os solos do estudo

CORRIDA SOLO EMULSÃO TEOR

(%) CURA (DIAS) RCS (K Pa)

1 B RL 8 7 628 2 B RL 8 7 593 3 B RL 8 7 544 4 B RL 4 7 586 5 B RL 4 7 629 6 B RL 4 7 603 7 B RL 8 28 1061 8 B RL 8 28 902 9 B RL 8 28 891

10 B RL 4 28 903 11 B RL 4 28 1058 12 B RL 4 28 942 13 B RM 8 7 929 14 B RM 8 7 809 15 B RM 8 7 705 16 B RM 4 7 422 17 B RM 4 7 609 18 B RM 4 7 680 19 B RM 8 28 672 20 B RM 8 28 836 21 B RM 8 28 898 22 B RM 4 28 847 23 B RM 4 28 925 24 B RM 4 28 869 25 A RL 8 7 491 26 A RL 8 7 439 27 A RL 8 7 509 28 A RL 4 7 376 29 A RL 4 7 392 30 A RL 4 7 479 31 A RL 8 28 665 32 A RL 8 28 663 33 A RL 8 28 769

111

TAB. 4.12 Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com os solos do estudo

CORRIDA SOLO EMULSÃOTEOR

(%) CURA (DIAS) RCS (K Pa)

34 A RL 4 28 897 35 A RL 4 28 929 36 A RL 4 28 899 37 A RM 8 7 444 38 A RM 8 7 426 39 A RM 8 7 405 40 A RM 4 7 648 41 A RM 4 7 649 42 A RM 4 7 627 43 A RM 8 28 740 44 A RM 8 28 733 45 A RM 8 28 739 46 A RM 4 28 741 47 A RM 4 28 756 48 A RM 4 28 769

TAB. 4.13 Planilha de resultados do experimento exploratório

SQ GL MQ F P (1)Tipo de solo 234808 1 234807,9 51,8148 0,000000(2)Tipo de emulsão 19 1 18,8 0,0041 0,949063(3)Teor de emulsão 11571 1 11571,1 2,5534 0,119888(4)Tempo de cura 875730 1 875730,0 193,2462 0,0000001 COM 2 2005 1 2005,3 0,4425 0,5106801 COM 3 49233 1 49232,6 10,8641 0,0024041 COM 4 2530 1 2530,2 0,5583 0,4603872 COM 3 2219 1 2219,5 0,4898 0,4890892 COM 4 95290 1 95289,9 21,0275 0,0000663 COM 4 29471 1 29470,7 6,5033 0,0157561 COM 2 E 3 15736 1 15735,9 3,4724 0,0715991 COM 2 E 4 3761 1 3760,8 0,8299 0,3691141 COM 3 E 4 11310 1 11309,9 2,4957 0,1239902 COM 3 E 4 4135 1 4135,0 0,9125 0,346622Falta de ajustamento 118824 1 118824,4 26,2208 0,000014Erro total 145014 32 4531,7 SQ total 1601656 47

Onde:

X COM Y (COM Z) – Interação do efeito X com o efeito Y (e com Z), com

X,Y e Z são efeitos primários da TAB 4.7;

SQ – Soma quadrática dos efeitos;

GL – Graus de liberdade;

112

MQ = Média quadrática;

F = Valor encontrado da distribuição F para o efeito;

P = Valor P encontrado.

MONTGOMERY e RUNGER(1997) definem como o menor nível α onde os

dados de cada fator sejam significantes.

Verifica-se que apenas o tipo de solo e o tempo de cura, como variáveis

primárias, alcançaram significância estatística.

O tipo de solo teve um valor P da ordem de 10-7, o que prova que a

emulsão influiu de modo diferente nos dois solos analisados. Por sua vez, o

tempo de cura também apresentou um valor P dessa ordem, provando que a

cura ao ar livre é preponderante para o ganho de RCS nos corpos-de-prova.

O tipo de emulsão foi o menos significativo dos quatro fatores primários.

Entretanto, suas interações com os outros três fatores mostram que mantém

certa importância no processo de ganho de RCS.

O teor de emulsão apresentou um valor P de 0,11, não se apresentando

significante individualmente mas com interações de segunda ordem com o tipo

e o teor de emulsão que apresentaram valor P respectivamente de 0,00086 e

0,015, reforçando sua participação indireta na RCS.

Com essas conclusões, é necessário que se detalhe cada um desses

fatores primários, pois dois não possuem significância, mas influem em

interações de segunda ordem. Escolheu-se então ampliar a análise, e o plano

experimental se tornou o indicado na TAB 4.14.

TAB. 4.14 Plano experimental do detalhamento

Tipo de solo (1) Solo A (-1) Solo B (1)

Tipo de emulsão (2) RL-1C (-1) RM-1C (1)

Teor de emulsão do peso seco

de solo (3)

2 % 4 % (-1) 6 % 8 % (1)

Tempo de cura ao ar livre (4) 7 dias (-1) 28 dias (1) 0 dias

O tempo de cura de 0 dias refere-se à ruptura imediata logo após a

compactação, sem tempo para que exista a cura da mistura, e foi executado

apenas para a emulsão RM, haja vista que este fator não foi significante na

análise estatística.

113

O fato de se admitir um tempo de cura ao ar livre de 28 dias como um nível

do planejamento está no potencial de utilização do solo-emulsão como uma

camada de revestimento primário, portanto eventualmente exposta à condição

de perda de umidade severa.

4.4.2.2 DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO A

As umidades de moldagem dos corpos-de-prova se encontram na TAB

4.15, na qual se repetem as umidades do solo puro para comparação, já

expostos nas TAB 4.8, 4.9 e 4.10.

TAB. 4.15 Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova do solo A

RL RM SOLO A gs (kg/cm3)

0 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 7 DIAS 28 DIAS

0% 1,91 11,5% 3,8 % 1,3 % * *

2% 1,91 11,0% 4,67% 2,16% 4,67% 1,24%

4% 1,90 10,7% 4,31% 2,53% 4,45% 2,23%

6% 1,86 11,0% 4,05% 2,40% 4,23% 2,64%

8% 1,83 11,6% 4,34% 2,66% 4,08% 2,87%

Com base na TAB 4.15, verifica-se que as umidades residuais das

amostras estabilizadas são maiores que dos solos puros, graças à presença do

CAP residual. Embora a percentagem de CAP seja maior na emulsão RM-1C,

não foi percebida uma maior impermeabilização dos corpos-de-prova em

relação a seus similares estabilizados com emulsão RL-1C.

Os resultados estão agrupados nas FIG 4.5 e 4.6, onde cada uma se refere

a um tipo de mistura: Solo A + Emulsão RL, Solo A + Emulsão RM, nas duas

idades de cura dos corpos-de-prova – 7 e 28 dias.

114

RCS Solo A +RL

131 114 97 74

591

415 436 480

867 908

664 699

105

341321

0

500

1000

0 2 4 6 8 10

% Emulsão

RC

S (K

Pa)

A + RL (0 dias) A + RL (7 dias) A + RL (28 dias)

FIG. 4.5 Resultados dos ensaios de RCS Solo A + RL

RCS Solo A +RM

105 131 114 97 74

609552

425

756686

737

341642

519

321

0

500

1000

0 2 4 6 8 10

% Emulsão

RC

S (K

Pa)

A + RM (0 dias) A + RM (7 dias) A + RM (28 dias)

FIG. 4.6 Resultado dos ensaios de RCS Solo A + RM

Os gráficos das médias das RCS do Solo A mostram que esse tipo de solo

tem resistência máxima em teores baixos de emulsão: sem cura, com 2%, e

com cura 4%. Esses resultados são condizentes com a maioria dos trabalhos

semelhantes executados em misturas de solos granulares com emulsão, como

115

em LUCENA et al. (1982) ou em CARVALHO et al. (1992).

O solo A com 2% de RM aos 28 dias apresentou um problema de

moldagem fazendo que a RCS fosse menor que sua similar com 7 dias.

Comparando-se as RCS das misturas com cura de 7 dias e as misturas

sem cura, nota-se que a cura ao ar livre de corpos-de-prova estabilizados tem

importância no ganho de resistência, a se julgar pelos resultados: com 2% de

emulsão RL-1C a RCS é cerca de 340% maior que o resultado similar sem

cura (aumento de 130 para 590 KPa). Com cura de 28 dias, esse ganho é

maior (aumento de 130 KPa para 867 KPa).

Foi incluída no gráfico a resistência de solo puro com 7 e 28 dias, sem

mistura com emulsão. Nota-se que o ganho descrito não é todo devido à ação

da emulsão. Apenas com a ação da perda de umidade no solo puro há um

aumento de 105 para 340 KPa na RCS, o que sugere uma forte participação da

sucção no processo de ganho de resistência. Ressalte-se que os corpos-de-

prova com 28 dias de cura se apresentaram menos frágeis que seus similares

não estabilizados, o que mostra a ação da emulsão no corpo-de-prova.

Foram realizados testes de mínima diferença significativa (MDS) entre as

misturas sem emulsão e as misturas com taxas de 2, 4, 6 e 8% de emulsões

RL e RM com cura de 7 e 28 dias. As TAB 4.16 a 4.19 apresentam essas

planilhas, onde em vermelho estão indicadas as comparações significativas e

em azul as comparações marginalmente significativas.

TAB. 4.16 Resultados da análise estatística - Solo A + RL-1C – Cura de 7 dias

SOLO A + RL-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR 0 2 4 6 8

0 0,000059 0,076698 0,029989 0,004255 2 0,000059 0,000915 0,002175 0,014786 4 0,076698 0,000915 0,591615 0,118948 6 0,029989 0,002175 0,591615 0,276464 8 0,004255 0,014786 0,118948 0,276464

TAB. 4.17 Resultados da análise estatística - Solo A + RL-1C – Cura de 28 dias


0 0,000000 0,000000 0,000009 0,000004 2 0,000000 0,313471 0,000414 0,001591 4 0,000000 0,313471 0,000096 0,000324 6 0,000009 0,000414 0,000096 0,394515 8 0,000004 0,001591 0,000324 0,394515

116

TAB. 4.18 Resultados da análise estatística - Solo A + RM-1C – Cura de 7 dias

SOLO A + RM-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR 0 2 4 6 8

0 0,000002 0,000001 0,000015 0,011203 2 0,000002 0,258315 0,060134 0,000046 4 0,000001 0,258315 0,007780 0,000012 6 0,000015 0,060134 0,007780 0,000837 8 0,011203 0,000046 0,000012 0,000837

TAB. 4.19 Resultados da análise estatística - Solo A + RM-1C –Cura de 28 dias

SOLO A + RM-1C - 28 DIAS DE CURA TEOR 0 2 4 6 8

0 0,000025 0,000000 0,000000 0,000000 2 0,000025 0,000002 0,000043 0,000004 4 0,000000 0,000002 0,016586 0,463629 6 0,000000 0,000043 0,016586 0,060952 8 0,000000 0,000004 0,463629 0,060952

Em todos os testes realizados, há diferença significativa entre as misturas

sem emulsão (teor 0%) e as misturas com taxas de 2, 4, 6 e 8%, tanto para

emulsões RL como RM. Também foi verificado que a resistência de misturas

com 2% de emulsão apresenta diferença significativa com todos os outros

teores adicionados, com exceção de dois casos: a mistura com 4% RM com 7

dias de cura e a mistura de 2% RL com 28 dias de cura.

O significado prático desses dados é que, para este solo granular, o

acréscimo de 2% de emulsão é suficiente para se obter uma dosagem e

desempenho ótimos. Para esse teor, a emulsão age como um aglutinante,

melhorando e aumentando a RCS do solo, acrescentando-lhe coesão.

O teor de 8% de emulsão, embora apresente significância estatística em

relação ao solo puro, mostra ser uma dosagem antieconômica, o que ocorre

pelo fato de a emulsão estar agindo como um lubrificante entre os grãos,

diminuindo o atrito entre eles e por conseqüência a RCS do corpo-de-prova.

Comparando os resultados dos ensaios de RCS de misturas do solo A com

os dois tipos de emulsões lado a lado, e variando apenas o tempo de cura,

tem-se os resultados descritos nas FIG 4.7 a 4.10.

117

Comparação A+ 2 %

519

867609

131

591

0

500

1000

0 5 10 15 20 25 30

Dias de cura

RC

S (K

Pa)

RM RL FIG. 4.7 Comparação RL versus RM – RCS Solo A + 2 %

Comparação A +4 %

756

114

415

642

908

0

500

1000

0 5 10 15 20 25 30Dias de cura

RC

S (K

Pa)


118

Comparação A + 6%

552

686

436

664

970

500

1000

0 5 10 15 20 25 30

Dias de cura

RC

S (K

Pa)


Comparação A +8%

74

737

425

480 699

0

500

1000

0 5 10 15 20 25 30

Dias de cura

RC

S (K

Pa)


Fazendo uma análise das quatro comparações, observa-se que com 28

dias de cura as misturas RL possuem uma resistência maior que as misturas

RM com os teores de 2 e 4 %. Com os teores de 6 % e de 8 % a diferença

entre elas passa a ser desprezível.

Em relação aos ensaios com 7 dias de cura, em dois deles as misturas RM

119

possuem uma RCS maior que as misturas RL. Entretanto, observa-se

graficamente que grande parte da resistência das misturas RM é ganha nos

primeiros sete dias de cura, enquanto nas misturas RL esse ganho é mais lento

ao longo dos 28 dias de cura.

Isso pode ser explicado pela velocidade da ruptura de cada emulsão. As

misturas RM tendem a ter uma velocidade de ruptura e de reação maior que as

misturas RL, fazendo com que ganhem resistência mais rapidamente.

Foi visto também a maior facilidade de execução da mistura com a

emulsão RL, em comparação com a emulsão RM, onde muitas vezes a ruptura

acontecia antes mesmo de a mistura estar completa.

Pela TAB 4.15, a umidade residual dos corpos-de-prova é diretamente

proporcional à quantidade de emulsão, mostrando o efeito impermeabilizante

da emulsão na mistura. Os corpos-de-prova estabilizados apresentaram menor

fragilidade que os corpos-de-prova de solos puros secos ao ar, devido ao poder

aglutinante que a emulsão confere ao solo.

Com os resultados obtidos, tentou-se separar a parcela da RCS, devida ao

estabilizante da parcela devida à perda de umidade do solo, para que fosse

possível avaliar com maior clareza a influência isolada da emulsão no processo

de ganho de resistência. À semelhança do que ocorre com o solo-cimento e

com o solo-cal, procurou-se fazer uma moldagem semelhante à já realizada,

desta vez com cura em câmara úmida.

Os corpos-de-prova foram colocados em câmara úmida envolvidos por um

filme de PVC, para evitar que a umidade no interior da câmara contaminasse o

corpo-de-prova. Foram ensaiadas misturas RL com 2 e 4 %, e rompidos após

7 dias. Os resultados estão na TAB 4.20.

TAB. 4.20 Solo A + RL-1C – Cura úmida de 7 dias

Teor (%) RCS (K Pa) H mold(%) 0 108 11,3% 2 89 11,6% 4 94 10,8%

Foi feita uma comparação, na FIG 4.11, entre as RCS dos corpos-de-prova

com ruptura imediata e com cura ao ar livre, compactados na umidade ótima, e

os dados referentes à TAB 4.20, nas umidades de moldagem.

120

341

591

415

114

105

131

89 94

108

0

100

200

300

400

500

600

700

0 1 2 3 4 5

% Emulsão

RC

S (K

Pa)

RUPTURA IMEDIATA CURA ÚMIDA CURA SECA FIG. 4.11 Comparação Ruptura imediata versus Cura úmida – RCS Solo A

Para os dois teores de emulsão (2 e 4%), verifica-se que as misturas com

cura úmida apresentaram RCS menores que as misturas com cura seca e

ligeiramente menores que as emulsões rompidas logo após compactação.

Neste caso, a cura úmida pode prejudicar a resistência da mistura com o

tempo. A análise de variância para 2 % teve um valor P de 0,055 e para 4 %

obteve-se um valor P de 0,10, acima do α de 0,05 desejado para o teste, ou

seja, são marginalmente significativos.

4.4.2.3 DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO B

Os resultados da mistura do Solo B com cura seca estão agrupados nas

FIG 4.12 e 4.13, onde cada uma se refere a um tipo de mistura: Solo B +

Emulsão RL, Solo B + Emulsão RM, nas duas idades de cura dos corpos-de-

prova – 7 e 28 dias.

As umidades de moldagem se encontram na TAB 4.21. Com base na TAB

4.21, verifica-se que as umidades residuais das amostras estabilizadas são

maiores que dos solos puros.

Embora a percentagem de CAP seja maior com RM-1C, não foi percebida

121

uma maior impermeabilização dos corpos-de-prova em relação aos

estabilizados com RL-1C.

TAB. 4.21 Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova, para o Solo B

RL RM SOLO B

gs (kg/cm3) 0 DIAS 7 DIAS 28 DIAS 7 DIAS 28 DIAS

0 % 1,69 19,8% 5,3 % 3,7% * *

2 % 1,65 20,1% 15,60% 5,52% 11,28% 5,62%

4 % 1,63 19,9% 16,14% 6,48% 12,77% 5,90%

6 % 1,61 19,3% 17,78% 5,78% 12,81% 6,59%

8 % 1,59 19,5% 16,63% 8,53% 13,41% 7,46%

RCS Solo B +RL

173 170 167 150 131

695 666606 602 592

745

968 974 952

699

0

400

800

1200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% Emulsão

RC

S (K

Pa)

B + RL (0 dias) B + RL (7 dias) B + RL (28 dias) FIG. 4.12 Resultado dos ensaios de RCS Solo B + RL

122

RCS Solo B+RM

173 170 167 150 131

695 706

570 577

729

700

880 899 888

699

0

400

800

1200

0 2 4 6 8 10

% Emulsão

RC

S (K

Pa)

B + RM (0 dias) B + RM (7 dias) B + RM (28 dias)

FIG. 4.13 Resultado dos ensaios de RCS Solo B + RM

Os gráficos representativos das médias das RCS do Solo B mostram que

esse tipo de solo tem um comportamento que não é caracterizado pela

presença de um teor que leve a uma RCS máxima. Analisando as misturas

sem cura, observa-se uma diferença de apenas 25% entre a máxima

resistência (com 2%) e a mínima (com 8%), não tendo significância estatística.

Comparando-se as RCS das misturas do solo B, com cura de 7 dias e as

misturas sem cura, nota-se que a cura não possui uma participação tão

importante como no solo A. Sem acrescentar emulsão, a RCS foi maior que

qualquer outra adição de emulsão ao solo B. Nas misturas com cura de 28

dias, as resistências de misturas com 4, 6 e 8 % são maiores que os resultados

com solo puro.

Estes resultados mostram que a perda de umidade responde por uma

grande parte do ganho de resistência das misturas, se não toda. Os resultados

obtidos com as misturas com idade de 28 dias, onde a RCS foi maior, mostram

que pode ser necessário um tempo maior de cura para que ela aconteça.

Foram realizados testes de mínima diferença significativa entre as misturas

sem emulsão e as misturas com taxas de 2, 4, 6 e 8%, tanto para emulsões RL

como RM, como para cura de 7 e 28 dias. As TAB 4.22 a 4.25 apresentam

123

exemplos dessas planilhas, onde em vermelho estão indicadas as

comparações significativas e em azul as comparações marginalmente

significativas.

TAB. 4.22 Resultados da análise estatística - Solo B + RL-1C – Cura de 7 dias

SOLO B + RL-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR 0 2 4 6 8

0 0,192417 0,001534 0,001109 0,000544 2 0,192417 0,015472 0,010838 0,004896 4 0,001534 0,015472 0,839074 0,511566 6 0,001109 0,010838 0,839074 0,646934 8 0,000544 0,004896 0,511566 0,646934

TAB. 4.23 Resultados da análise estatística - Solo B + RL-1C –Cura de 28 dias


0 0,474945 0,002470 0,002145 0,003631 2 0,474945 0,008435 0,007274 0,012618 4 0,002470 0,008435 0,931795 0,817500 6 0,002145 0,007274 0,931795 0,752107 8 0,003631 0,012618 0,817500 0,752107

TAB. 4.24 Resultados da análise estatística - Solo B + RM-1C –Cura de 7 dias

SOLO B + RM-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR 0 2 4 6 8

0 0,874523 0,137109 0,118072 0,130856 2 0,874523 0,105722 0,090719 0,168719 4 0,137109 0,105722 0,927235 0,008546 6 0,118072 0,090719 0,927235 0,007296 8 0,130856 0,168719 0,008546 0,007296

TAB. 4.25 Resultados da análise estatística - Solo B + RM-1C –Cura de 28 dias

SOLO B + RM-1C - 28 DIAS DE CURA TEOR 0 2 4 6 8

0 0,980071 0,007108 0,004036 0,084673 2 0,980071 0,007421 0,004211 0,088326 4 0,007108 0,007421 0,741199 0,175690 6 0,004036 0,004211 0,741199 0,102561 8 0,084673 0,088326 0,175690 0,102561

124

Com os testes realizados, verifica-se que, com exceção da mistura do solo

B com RM e 7 dias de cura, todas as outras condições apresentaram uma

diferença significativa entre os teores de 0 e os teores de 4, 6 e 8%. A

diferença é que, no caso das misturas com 28 dias, os teores de 4,6 e 8%

possuem RCS maior que a do solo puro, o que não ocorre com a mistura RL

aos 7 dias, que apresenta uma RCS menor que o solo puro. Talvez este

resultado mereça uma confirmação com a repetição do teste nestas condições

o que não foi possível nesta pesquisa.

Verifica-se também que o teor de 2% não influi significantemente na RCS

da misturas com o solo B. Além disso, o teor de 4% apresenta-se

economicamente vantajoso, pois a não existência de significância entre esse

teor e os de 6 e 8 % possibilita que se obtenha uma RCS semelhante com bem

menos adição de emulsão.

Enfim, para este solo plástico, é necessária uma adição maior de emulsão

para que se obtenha melhoria em sua RCS, em comparação com o solo

granular. Deve-se ter atenção à aplicabilidade desse tipo de estabilização a um

solo plástico, especialmente porque o solo puro apresentou uma resistência

maior que a mistura com 7 dias, o que mostra que grande parte de sua RCS é

devido à ação da sucção.

Para as misturas com o solo B foi percebida uma maior impermeabilização

do corpo-de-prova, em comparação com as misturas com o solo A. De acordo

com as TAB 4.15 e TAB 4.21, o solo A com 8% RL-1C foi moldado com 11,6%

e apresentou uma umidade residual a 7 dias de 4,3 %. Com o solo B,

entretanto, a mistura com 8% RL-1C foi moldada a 19,8 % e foi rompida com

16,6 %. A adição da emulsão teve uma maior ação impermeabilizante no solo

B, em comparação com o solo A.

Os corpos-de-prova de solo-emulsão com o solo B, a exemplo do solo A,

apresentaram-se mais estáveis que os corpos-de-prova puros sem emulsão,

com a cura de 28 dias. Faz-se agora uma comparação entre a adição dos dois

tipos de emulsões ao solo B, enfatizando seu desempenho com o tempo, de

acordo com as FIG 4.14 a 4.17.

125

Comparação B + 2 %

700

706745

666

1730

500

1000

0 5 10 15 20 25 30Dias de cura

RC

S (K

Pa)

RM RL

FIG. 4.14 Comparação RL versus RM – RCS Solo B + 2 %


167167

880570

543

968

0

400

800

1200

0 5 10 15 20 25 30

Dias de cura

RC

S (K

Pa)

RM RL FIG. 4.15 Comparação RL versus RM – RCS Solo B + 4 %

126


150150

899577

974

550

0

400

800

1200

0 5 10 15 20 25 30

Dias de cura

RC

S (K

Pa)



131131

952814

802

588

0

400

800

1200

0 5 10 15 20 25 30

Dias de cura

RC

S (K

Pa)


Com exceção do teor de 8 %, verifica-se uma grande semelhança entre os

desempenhos dos dois tipos de emulsões. Como o que foi visto nas misturas

com o Solo A, mas com intensidade menor, as misturas RL possuem uma RCS

menor que as misturas RM com 7 dias de cura, ao contrário de 28 dias de cura

quando aquelas passam a superar as misturas RM.

127

Verificou-se claramente uma dificuldade de homogeneização das emulsões

com o Solo B. Por se tratar de um solo plástico, a plasticidade acrescentada à

mistura pela emulsão dificulta a trabalhabilidade da mistura, podendo ter

influído inclusive na eficiência da operação de moldagem.

O aumento da RCS das misturas com o Solo B também tem influência da

maior sucção presente no solo com 7 dias de cura. A sucção é mais sentida em

solos plásticos que em solos granulares, numa mesma idade de ruptura. Para

testar este efeito, à semelhança do que foi feito com o Solo A, foram ensaiadas

misturas RL com 2 e 4 % com o Solo B, e rompidos após 7 dias de cura úmida.

Os resultados estão na TAB 4.26.

Foi feita uma comparação, na FIG 4.18, entre as RCS dos corpos-de-prova

com ruptura imediata e com cura ao ar livre, compactados na umidade ótima, e

os dados referentes à TAB 4.26, nas umidades de moldagem. Para os dois

teores de emulsão, verifica-se que as misturas com cura úmida apresentaram

RCS menor que as misturas com ruptura imediata. Neste caso, a cura úmida

pode prejudicar a resistência da mistura com o tempo.

170 167

134 108

173

159

606666

695

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 1 2 3 4 5

% Emulsão

RC

S (K

Pa)

RUPTURA IMEDIATA CURA ÚMIDA CURA SECA

FIG. 4.18 Comparação Ruptura imediata versus Cura úmida – RCS Solo B

128

TAB. 4.26 Solo B + RL-1C – Cura úmida de 7 dias

Teor (%) RCS (K Pa) H mold(%) 0 159 20,2 % 2 134 19,1% 4 108 18,7%

4.4.2.4 RCS DO SOLO C:

Foram ainda ensaiadas as misturas do Solo C com emulsão RL, como

mostrado na FIG 4.19, com as umidades indicadas na TAB 4.27:

RCS Solo C + RL

12051035

831945

217

1476

0

500

1000

1500

2000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9% Emulsão

RC

S (K

Pa)

C + RL C PURO FIG. 4.19 Resultados de RCS do Solo C + RL

TAB. 4.27 Solo C + RL-1C – Cura seca de 7 dias

SOLO C UMIDADE DE RUPTURA

0 7,61%

2 8,26%

4 8,55%

6 8,69%

8 10,9%

129

São mostrados também os testes de mínima diferença significativa feitos

para o Solo C na TAB 4.28, onde é visto que existe significância estatística

entre os teores de 4, 6 e 8% para a piora da RCS.

TAB. 4.28 Análise estatística para Solo C + RL-1C – Cura de 7 dias

SOLO C + RL-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR 0 2 4 6 8

0 0,111084 0,019468 0,002782 0,007989 2 0,111084 0,150875 0,008269 0,041346 4 0,019468 0,150875 0,094570 0,425590 6 0,002782 0,008269 0,094570 0,321637 8 0,007989 0,041346 0,425590 0,321637

Pode-se ver nas TAB 4.27 e 4.28 uma perda de RCS com acréscimo de

emulsão em comparação com o solo puro com cura de sete dias. A umidade

residual com 7 dias de cura aumenta de acordo com o maior acréscimo da

emulsão ao corpo-de-prova.

4.4.2.5 COMPARAÇÃO COM TRABALHOS ANTERIORES

Nos artigos de outros autores, apresentados e relatados no Capítulo 2 e

expostos no Anexo A, verifica-se que a resistência à compressão simples foi o

principal parâmetro de comparação utilizado nas pesquisas. Os resultados

obtidos para esse ensaio dividem-se em dois padrões principais: o padrão de

solos granulares e o padrão de solos plásticos.

Solos granulares apresentam um comportamento onde existe um teor

ótimo que leva a uma RCS máxima, em ensaios com cura seca. Geralmente

esse teor é de 1 a 4 % como encontrado em LUCENA et al. (1982), BUENO et

al. (1991) e MOMM (1983). Ensaios com solos plásticos estabilizados,

entretanto, não mostram um teor ótimo de emulsão que leve à RCS máxima.

O ganho de RCS observado nestes solos é semelhante ao observado

nesta pesquisa, com a mesma ordem de grandeza. Porém, nenhum destes

estudos mostrou a umidade residual dos corpos-de-prova após a cura.

Para solos granulares percebe-se nestes estudos e no presente trabalho

uma eficiência da RCS no que se refere à dosagem da mistura. Trata-se de um

130

parâmetro onde os testes estatísticos executados apontaram diferenças

significativas entre os quatro teores estudados. Portanto, este ensaio pode se

tornar uma sugestão de parâmetro de dosagem de solo-emulsão no futuro.

4.5 RESISTÊNCIA À TRAÇAO INDIRETA DOS SOLOS DESTE ESTUDO

4.5.1 ENSAIOS DE SOLOS PUROS

A resistência à tração indireta (RTI) não é característica medida

normalmente nos solos puros, pois em geral é muito baixa, sendo seu aumento

um dos objetivos da estabilização. O ensaio foi realizado com o objetivo de

comparação com aqueles que serão feitos com solos estabilizados.

A moldagem foi executada de acordo com o item 3.4.2. Os resultados dos

corpos-de-prova, com as umidades constantes das TAB 4.15 e TAB 4.21, são

apresentados de acordo com a TAB 4.29.

TAB. 4.29 Resultados dos ensaios de RTI – Solos A e B puros e com 7

dias de secagem ao ar

RTI (KPa) RTI 7 dias (KPa)

SOLO A 2 27

SOLO B 15 91

Verifica-se que o Solo A apresenta resistência à tração de apenas 2 KPa e

o Solo B, de 15 KPa. A ordem de grandeza dessa RTI faz com que esses solos

não sejam recomendados como revestimento primário de estradas de baixo

volume de tráfego sem algum processo de estabilização.

Com 7 dias de secagem ao ar, as RTI de ambos os solos aumentam, com

influência principalmente da perda da umidade decorrente da secagem.


Foram realizados ensaios de resistência à tração indireta nas misturas de

solos A e B estabilizados com emulsão RL, por causa da maior facilidade de

131

homogenização e de seu uso mais consagrado em campo. O tempo de cura

dos corpos-de-prova foi de 7 dias ao ar livre.

As misturas foram executadas de acordo com o item 3.3 e o ensaio foi

executado de acordo com o procedimento adaptado descrito no item 3.4.2.

Os resultados para o Solo A estão na FIG 4.20, e para o Solo B estão na

FIG 4.21, e os testes de MDS estão, respectivamente, na TAB 4.30 e 4.31.

RTI Solo A

35,39 36,43

32,49 32,70

2,39

26,47

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% Emulsão

RTI

(KPa

)

A + RL (7 dias) A PURO FIG. 4.20 Resultados de RTI do Solo A + RL

TAB. 4.30 Análise estatística para Solo A + RL-1C – Cura de 7 dias


0 0,002165 0,001024 0,020085 0,016934 2 0,002165 0,643318 0,212149 0,245635 4 0,001024 0,643318 0,100355 0,117901 6 0,020085 0,212149 0,100355 0,922733 8 0,016934 0,245635 0,117901 0,922733

132

RTI Solo B

91,22 89,92

74,2182,45

14,96

90,48

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% Emulsão

RTI

(KPa

)

B + RL (7 dias) B PURO FIG. 4.21 Resultados de RTI do Solo B + RL

TAB. 4.31 Análise estatística para Solo B + RL-1C – Cura de 7 dias


0 0,999942 0,999980 0,123005 0,678233 2 0,999942 0,999451 0,102228 0,609007 4 0,999980 0,999451 0,141484 0,729986 6 0,123005 0,102228 0,141484 0,657951 8 0,678233 0,609007 0,729986 0,657951

Como na resistência à compressão simples, apenas o solo A apresentou

uma melhora em relação à sua RTI, ao contrário do solo B, que não apresentou

o mesmo desempenho. Com base em testes estatísticos realizados, há

significância entre a RTI do solo puro e dos solos estabilizados somente no

Solo A, não havendo significância entre uma maior ou menor adição de

emulsão, como visto na TAB 4.30. No solo B, não existe diferença significativa

entre solo puro e nenhum teor de solo estabilizado, como visto na TAB 4.31.

133

4.6 MÓDULO DE RESILIÊNCIA DOS SOLOS DESTE ESTUDO

4.6.1 METODOLOGIA DE ENSAIO

Os ensaios triaxiais dinâmicos foram realizados no Laboratório de Solos do

IME, com o objetivo de conhecer melhor os solos a serem estudados com

relação à sua deformabilidade. Os corpos-de-prova utilizados foram os de 10

cm de diâmetro e 20 cm de altura, compactados em molde tripartido com o

auxílio do compactador mecânico do Laboratório do IME.

Primeiramente a água era misturada ao solo, até levá-lo à umidade ótima.

O solo assim misturado era guardado em um saco e posto em câmara úmida

por 24 horas. Em seguida, era compactado mecanicamente em cinco camadas

com aplicações de 16 golpes em cada uma, na energia Proctor normal.

Ao fim da compactação, o corpo-de-prova era desformado, e colocado

dentro do aparelho, onde era ensaiado através de três ciclos de

condicionamento com 500 golpes cada um e dezoito estados de tensões

diferentes conforme TAB 2.3 e 2.5. Com os módulos assim calculados eram

gerados três modelos em escala bilogarítmica, através de uma regressão

simples: uma relacionando módulo e tensão desvio, outra relacionando módulo

e tensão confinante e uma relacionando módulo e o invariante de tensões.

Os solos foram ensaiados, e foram gerados os modelos baseados na

tensão confinante e na tensão desvio. Da mesma forma como no ensaio de

resistência à compressão simples, foi também realizada uma comparação com

outros dois corpos-de-prova moldados de maneira similar, com a diferença que

um deles foi ensaiado 7 dias após a moldagem, e outro com 28 dias de

moldado, no intuito de se avaliar o efeito da sucção nos solos analisados.

4.6.2 MODELOS DE TENSÃO-DEFORMAÇÃO:

Os modelos de comportamento tensão-deformação clássicos encontrados

para o solo A estão nas FIG 4.22 a 4.24, para o solo B estão nas FIG 4.25 a

4.27 e para o solo C estão nas FIG 4.28 a 4.30. Para todos os modelos, as

umidades de moldagem e de ensaio foram as mostradas nas TAB 4.8 a 4.10.

134

Ensaio imediatoy = 312,08x0,1214

R2 = 0,2608

Ensaio com 7 diasy = 330,95x-0,0997

R2 = 0,0763

Ensaio com 28 diasy = 554,63x0,0726

R2 = 0,1121

1

10

100

1000

0,01 0,1 1

σ3 (MPa)

MR

(MPa

)

Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG. 4.22 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ3 – Solo A

puro.


R2 = 0,0003


R2 = 0,0061


R2 = 0,2914

1

10

100

1000

0,01 0,1 1

σd (MPa)

MR

(MPa

)

Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG. 4.23 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σd – Solo A

puro.

135


R2 = 0,1037


R2 = 0,164


R2 = 0,03

1

10

100

1000

0,1 1

θ (MPa)

MR

(MPa

)

Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG. 4.24 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo A puro

Ensaio imediatoy = 106,51x-0,3885

R2 = 0,2684


R2 = 0,2913


R2 = 0,0319

1

10

100

1000

0,01 0,1 1

σ3 (MPa)

MR

(MPa

)

Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG. 4.25 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ3 – Solo B

puro.

136


R2 = 0,7018


R2 = 0,6109


R2 = 0,0995

1

10

100

1000

0,01 0,1 1

σd (MPa)

MR

(MPa

)

Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG. 4.26 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σd – Solo B

puro.

Ensaio imediatoy = 171x-0,5359

R2 = 0,4716


R2 = 0,4472


R2 = 0,0006

1

10

100

1000

0,1 1

θ(MPa)

MR

(MPa

)

Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG. 4.27 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo B puro

137


R2 = 0,5245


R2 = 0,3558

1

10

100

1000

0,01 0,1 1σ3 (MPa)

MR

(MPa

)

Ensaio imediato Ensaio com 7 dias

FIG. 4.28 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ3 – Solo C

puro.


R2 = 0,9136


R2 = 0,0656

1

10

100

1000

0,01 0,1 1σd (MPa)

MR

(MPa

)

Ensaio imediato Ensaio com 7 dias FIG. 4.29 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σd – Solo C

puro.

138


R2 = 0,7398


R2 = 0,2406

1

10

100

1000

0,1 1

θ (MPa)

MR

(MPa

)

Ensaio imediato Ensaio com 7 dias FIG. 4.30 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo C puro.

As expressões para os modelos compostos estão nas TAB 4.32 a 4.34,

enquanto as representações do modelo composto estão nas FIG 4.31 a 4.36.

O solo A é considerado pela classificação TRB como granular e por isso

tende a ser melhor representado pelo modelo em função da σ3 que em função

de σd, sendo visto pela comparação dos coeficientes R2 nos modelos.

Já os solos B e C pelo fato de serem plásticos foram melhor representados

pelo modelo em função de σd, além de apresentar maior dependência do

módulo em função do estado de tensões aplicado. No Solo C, entretanto, os

sinais de k2 e k3 se invertem: em geral são negativos quando se trata do solo

puro ensaiados imediatamente e positivos quando são ensaiados a 7 dias.

THULLER (2005), ensaiando os solos A e B com o equipamento da

COPPE e diferente operador, encontrou resultados de k1 menores que os

encontrados na FIG 4.22 e 4.23. A amostra do solo A foi compactada com hot =

13,4% e do solo B, hot = 19,8%. Como ilustração, os resultados encontrados

por THULLER (2005) encontram-se na TAB 4.32, para o modelo composto. A

diferença pode estar relacionada com a diferença de umidade de moldagem

entre os solos, embora tendo sido compactados na umidade ótima e com a

139

mesma energia de compactação.

Os ensaios com idade de 7 e 28 dias tiveram módulos maiores que os

ensaios imediatos, pelo efeito da sucção e pela baixa umidade dos corpos-de-

prova, como se percebe nas TAB 4.8 a 4.10. Pode ter havido também um efeito

de tixotropia conforme sugere SVENSON (1980) para outros solos testados.

TAB. 4.32 Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência –

Solos puros

Amostra k1 (MPa) k2 k3

Solo A (este estudo) 354 0,35 -0,23

Solo A (THULLER, 2005) 235 0,54 -0,59

Solo B (este estudo) 112 0,12 -0,65

Solo B (THULLER, 2005) 80 0,12 -0,72

Solo C (este estudo) 85 0,11 -0,62


ensaiados após 7 dias de moldagem


Solo A 387 0,17 -0,27

Solo B 371 0,05 -0,14

Solo C 1007 0,29 0,01


ensaiados após 28 dias de moldagem


Solo A 611 0,25 -0,19

Solo B 860 0,34 -0,24

140

FIG. 4.31 MR versus σ3 e σd – Solo A

puro


puro após 7 dias


puro após 28 dias

FIG. 4.34 MR versus σ3 e σd – Solo B

puro


puro após 7 dias


puro após 28 dias

141

FIG. 4.37 MR versus σ3 e σd – Solo C

puro

FIG. 4.38 MR versus σ3 e σd – Solo C

puro após 7 dias

Deve-se destacar a melhor adequabilidade do modelo composto em

relação aos outros modelos, com R2 acima de 0,95 em todos os casos, além de

se dar maior destaque a influência do estado de tensões no valor do módulo.

Tal supremacia do modelo composto em relação aos demais é vista também

em outros trabalhos, como em FERREIRA (2002) e THULLER (2005).


4.6.3.1 O EXPERIMENTO EXPLORATÓRIO

O experimento exploratório para a resistência à compressão simples foi

repetido para o caso do módulo de resiliência. Como já exposto no item 4.3.1,

para cada corrida do experimento exploratório foi ensaiado apenas um corpo-

de-prova, e os valores obtidos no ensaio de módulo foram usados como

observações referentes a cada corrida. Foi então montada uma planilha com

todos os valores de módulo obtidos nos 16 ensaios executados, de acordo com

os níveis definidos na TAB 4.7. A TAB 4.35 mostra uma parte desta planilha

montada, e no Anexo C encontra-se um conjunto de todas as planilhas de

ensaio referentes a todas as corridas executadas neste trabalho.

142

TAB. 4.35 Módulo de resiliência – parte da planilha de experimento

exploratório

SOLO TIPO TEOR IDADE MR (M Pa) 778 667 564 850 570

B RL 4 28

500 600 677 626 642 645

A RM 8 7

563 808 808 713 708 750 592 797

B RM 4 7

636 646 586 611

B RL 4 7

575 538 457 358 642 404

A RM 8 28

344

Embora o objetivo seja apenas a indicação de quais fatores sejam mais ou

menos significativos, foi escolhida a opção, na análise estatística, de se

considerar também a influência conjunta de dois ou mais fatores. A planilha de

resposta do programa de análise estatística encontra-se na TAB 4.36.

143

TAB. 4.36 Planilha de resultados do experimento exploratório do MR

SQ GL MQ F P (1)Tipo de solo 883576 1 883576,5 42,20880 0,000000

(2)Tipo de emulsão 8295 1 8295,1 0,39626 0,529561 (3)Teor de emulsão 983725 1 983724,9 46,99294 0,000000 (4)Tempo de cura 40693 1 40692,6 1,94390 0,164396

1 COM 2 239739 1 239738,8 11,45242 0,000820 1 COM 3 890507 1 890507,1 42,53988 0,000000 1 COM 4 215 1 214,9 0,01026 0,919380 2 COM 3 240745 1 240744,8 11,50047 0,000800 2 COM 4 130689 1 130689,0 6,24307 0,013065 3 COM 4 36355 1 36355,3 1,73671 0,188678

1 COM 2 E 3 110851 1 110851,0 5,29540 0,022147 1 COM 2 E 4 104 1 104,2 0,00498 0,943806 1 COM 3 E 4 995084 1 995083,9 47,53556 0,000000 2 COM 3 E 4 88092 1 88092,1 4,20820 0,041197

Falta de ajustamento 161152 1 161152,2 7,69831 0,005915 Erro total 5631102 269 20933,5 SQ total 10366790 284

Onde:

X COM Y (COM Z) – Interação do efeito X com o efeito Y (e com Z), com

X,Y e Z são efeitos primários da TAB 4.7;

SQ – Soma quadrática dos efeitos;

GL – Graus de liberdade;

MQ = Média quadrática;

F = Valor encontrado da distribuição F para o efeito;

P = Valor P encontrado.

Verifica-se que apenas o tipo de solo e o teor de emulsão, como variáveis

primárias alcançaram significação estatística. O tipo de solo teve um valor P da

ordem de 10-7, o que prova que, assim como na RCS, a emulsão influi de

maneira diferente em solos granulares e solos plásticos. O teor de emulsão

apresentou um valor P da ordem de 10-7.

O tipo de emulsão foi o menos significativo dos fatores primários, assim

como na RCS. Entretanto, as interações com os outros três fatores mostram

que mantém certa importância no processo de ganho de módulo de resiliência.

O teor de emulsão apresentou um valor P de 0,16 não se apresentando

significante para o processo, assim como na RCS, mas esses dois fatores

144

mantêm interações de segunda e terceira ordem com os outros dois, o que

indica uma participação indireta, mas intensa, no módulo de resiliência.

Foi detalhado cada um dos fatores primários, pois dois não possuem

significância direta, mas influem em outras interações. Escolheu-se ampliar a

análise, e o plano experimental se tornou o mostrado na TAB 4.11.

4.6.3.2 DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO A:

Os parâmetros do modelo composto para o Solo A, estão mostrados na

TAB 4.37, para as condições analisadas. O R2 foi acima de 0,95 para todos os

resultados, mostrando sua supremacia em relação aos outros modelos.

TAB. 4.37 Planilha de resultados de módulo do Solo A – Modelo composto

SOLO TIPO TEOR DIAS K1 (MPa) K2 K3 A PURO 0 354 0,35 -0,23 A PURO 7 387 0,17 -0,27 A RL 2 7 628 0,20 -0,23 A RL 4 7 668 0,20 -0,17 A RL 6 7 583 0,05 -0,07 A RL 8 7 717 0,20 -0,18 A RM 2 7 827 0,39 -0,24 A RM 4 7 788 0,20 -0,03 A RM 6 7 692 0,09 -0,08 A RM 8 7 704 0,15 -0,13 A PURO 28 611 0,25 -0,18 A RL 2 28 953 0,67 -0,57 A RL 4 28 1090 0,30 -0,18 A RL 6 28 1177 0,49 -0,31 A RL 8 28 725 0,29 -0,29 A RM 2 28 844 0,40 -0,34 A RM 4 28 1456 0,65 -0,40 A RM 6 28 1284 0,49 -0,29 A RM 8 28 936 0,5 -0,35

Em relação ao modelo composto, verificou-se que o coeficiente k1

apresenta um ganho significativo para as misturas com 7 e 28 dias, sendo

maior para cura com 28 dias. O que se pode concluir é que, para o Solo A, bem

como observado na RCS, o MR aumenta devido à perda de umidade do corpo-

de-prova, como já verificado na TAB 4.15, mas também possui uma

participação da adição da emulsão ao sistema, como já verificado no

145

experimento exploratório e no seu detalhamento.

Verifica-se também uma diminuição do valor de k2 e k3 para as amostras

com 2, 4 e 6% ensaiadas com 7 dias de cura e uma tendência de diminuição

desses coeficientes com o aumento de adição de emulsão. Para esses teores,

a emulsão comporta-se como um aglutinante.

Com as amostras com 28 dias de cura, entretanto, a maioria dos valores de

k2 e k3 mostram-se maior que os valores de solo puro. Acredita-se que a perda

de umidade tenha chegado a um nível crítico, de tal modo que ela venha a

prejudicar o MR do corpo-de-prova. SILVA (2003) também observou queda de

módulo de resiliência depois que a umidade de solos tropicais baixava

excessivamente.

Ilustrando a influência do tempo de cura no módulo, as FIG 4.39 e 4.40

mostram os gráficos de 7 e 28 dias das misturas RL com 2% RL-1C.

Porém, para uma visualização individualizada, os modelos em função de

σ3, σd e θ para as misturas com 7 e 28 dias de cura estão nas TAB 4.38 a 4.40,

em comparação com o solo puro.

De maneira geral, o coeficiente R2 de determinação apresentou-se baixo

para os modelos em função de σ3, σd e θ analisados, especialmente os ensaios

com cura de 28 dias.

FIG. 4.39 MR versus σ3 , σd – Solo A

com 2 % RL-1C – cura de 7 dias

FIG. 4.40 MR versus σ3 , σd – Solo A

com 2 % RL-1C – cura de 28 dias

146

TAB. 4.38 Planilha de resultados de módulo do Solo A – MR versus σ3

SOLO TIPO TEOR DIAS k1 (MPa) k2 R2 A PURO 0 312 0,12 0,26 A PURO 7 412 -0,01 0,001 A RL 2 7 553 -0,02 0,01 A RL 4 7 613 0,04 0,06 A RL 6 7 566 0,05 0,01 A RL 8 7 648 0,02 0,01 A RM 2 7 723 0,15 0,30 A RM 4 7 565 0,05 0,03 A RM 6 7 672 0,03 0,02 A RM 8 7 662 0,02 0,02 A PURO 28 546 0,07 0,09 A RL 2 28 654 0,06 0,01 A RL 4 28 1009 0,12 0,37 A RL 6 28 951 0,16 0,26 A RL 8 28 630 0,01 0,01 A RM 2 28 711 0,06 0,03 A RM 4 28 1300 0,29 0,40 A RM 6 28 1114 0,20 0,41 A RM 8 28 786 0,16 0,23

TAB. 4.39 Planilha de resultados de módulo do Solo A – MR versus σd

SOLO TIPO TEOR DIAS k1 (MPa) k3 R2 A PURO 0 222 0,01 0,01 A PURO 7 307 -0,16 0,29 A RL 2 7 477 -0,09 0,31 A RL 4 7 512 -0,03 0,06 A RL 6 7 546 -0,03 0,10 A RL 8 7 549 -0,05 0,13 A RM 2 7 490 0,02 0,01 A RM 4 7 497 0,01 0,01 A RM 6 7 614 -0,01 0,01 A RM 8 7 584 -0,03 0,08 A PURO 28 433 -0,02 0,01 A RL 2 28 346 -0,20 0,18 A RL 4 28 741 0,02 0,01 A RL 6 28 609 0,01 0,01 A RL 8 28 498 -0,09 0,22 A RM 2 28 504 -0,07 0,07 A RM 4 28 623 0,04 0,01 A RM 6 28 680 0,03 0,02 A RM 8 28 486 -0,01 0,01

147

TAB. 4.40 Planilha de resultados de módulo do Solo A – MR X θ

SOLO TIPO TEOR DIAS k1 (MPa) k3 R2 A PURO 0 242 0,07 0,10 A PURO 7 401 0,05 0,03 A RL 2 7 544 0,06 0,10 A RL 4 7 554 0,01 0,01 A RL 6 7 567 -0,02 0,04 A RL 8 7 605 0,02 0,01 A RM 2 7 553 0,10 0,14 A RM 4 7 512 0,03 0,01 A RM 6 7 634 0,01 0,01 A RM 8 7 622 -0,01 0,01 A PURO 28 469 0,03 0,02 A RL 2 28 505 -0,07 0,01 A RL 4 28 788 0,08 0,19 A RL 6 28 677 0,10 0,10 A RL 8 28 580 -0,03 0,03 A RM 2 28 634 0,07 0,04 A RM 4 28 732 0,20 0,20 A RM 6 28 748 0,14 0,21 A RM 8 28 558 0,09 0,08

Comparando-se os expoentes k2 e k3 dos modelos granular e areno-

argiloso vistos nas TAB 4.38 a 4.40, verifica-se que esses valores possuem um

valor modular bastante baixo para misturas solo-emulsão com 7 dias, abaixo de

0,1. Esse efeito é em parte devido à adição de emulsão ao solo, que faz com

que a mistura seja menos dependente do estado de tensões.

Para misturas com 28 dias, verifica-se uma dependência maior da tensão

confinante, expressa pelo maior valor modular de k2 do modelo granular nas

misturas analisadas, em comparação com as misturas com 7 dias. O mesmo

fato não ocorre com o valor de k3 do modelo areno-argiloso que, com exceção

da mistura RL com 2 %, obteve valor modular sempre abaixo de 0,08.

O valor k1 de todos os modelos aumentou, entretanto, não se pode creditar

totalmente esse aumento à adição de emulsão em função de σ3, σd e θ, haja

visto que o solo puro com 7 e 28 dias ao ar também apresentou ganho de

resistência. Assim, o ganho de MR com o acréscimo de emulsão deve-se não

somente à perda de umidade, mas também ao próprio estabilizante.

Foram também realizados ensaios com cura em câmara úmida, onde os

corpos-de-prova foram cobertos por um filme de PVC antes de serem

148

guardados em ambiente sem mudança de umidade por 7 dias, com o objetivo

de mensurar a real influência da umidade no comportamento resiliente dos

corpos-de-prova. Os resultados encontram-se nas FIG 4.41 e 4.42, com o MR

em função da tensão desvio e da tensão confinante.

Foi observado que a cura úmida prejudica o comportamento resiliente da

mistura. Além dos resultados terem sido em geral piores que para o solo puro,

foi observada uma deformação permanente maior na fase de condicionamento

do ensaio que no ensaio com o solo puro ou o solo estabilizado com cura seca,

como pode ser vista na FIG 4.43, onde são comparados o corpo-de-prova da

esquerda que sofreu a cura úmida e o corpo-de-prova da direita que sofreu a

cura seca.

Solo A puroy = 312,08x0,1214

R2 = 0,2608

Solo A + 2 % RLy = 205,22x0,0927

R2 = 0,0795

Solo A + 4 % RLy = 375,44x0,3255

R2 = 0,6484

1

10

100

1000

0,01 0,1 1σ3 (MPa)

MR

(MP

a)

FIG. 4.41 MR versus σ3 - Solo A com cura úmida, sem e com emulsão

149

Solo puroy = 222,22x0,0034

R2 = 0,0003

Solo A + 4 % RLy = 138,43x-0,0619

R2 = 0,0475

Solo A + 2 % RLy = 201,84x0,1395

R2 = 0,1662

1

10

100

1000

0,01 0,1 1σd (MPa)

MR

(MP

a)

FIG. 4.42 MR versus σd – Solo A com cura úmida, sem e com emulsão.

A deformação permanente em pavimentação tem relação direta com os

afundamentos plásticos e de trilha de roda, e constitui um dos principais

defeitos que podem aparecer numa via (PINTO e PREUSSLER, 2002; MEDINA

e MOTTA, 2005).

(a) (b)

FIG. 4.43 Deformação permanente em ensaio de módulo – Solo A – (a) cura

úmida – (b) cura seca

150

4.6.3.3 DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO B:

Os parâmetros do modelo composto para o Solo B, mostrados na TAB

4.41, apresentaram R2 acima de 0,95 para todos os resultados analisados,

mostrando sua supremacia em relação aos outros modelos.

O MR do solo B, de acordo com os valores contidos na TAB 4.41 mostra-se

bem mais dependente da umidade que o solo A, fazendo com que a adição de

emulsão, vista de maneira individualizada, tenha importância no processo de

ganho de MR.

TAB. 4.41 Planilha de resultados de módulo do Solo B – Modelo composto

SOLO TIPO TEOR DIAS k1 (MPa) k2 k3 B PURO 0 112 0,12 -0,65 B PURO 7 371 0,05 -0,14 B RL 2 7 880 0,25 -0,14 B RL 4 7 624 0,05 -0,04 B RL 6 7 700 0,16 -0,13 B RL 8 7 503 0,03 -0,17 B RM 2 7 476 0,08 -0,22 B RM 4 7 580 0,06 -0,13 B RM 6 7 889 0,20 -0,1 B RM 8 7 1293 0,16 0,02 B PURO 28 860 0,34 -0,24 B RL 2 28 501 0,25 -0,30 B RL 4 28 635 0,27 -0,33 B RL 6 28 1421 0,62 -0,33 B RL 8 28 1297 0,72 -0,67 B RM 2 28 693 0,33 -0,16 B RM 4 28 900 0,64 -0,48 B RM 6 28 807 0,61 -0,86 B RM 8 28 715 0,31 -0,53

Os resultados das misturas do solo B com emulsão, ratificam as evidências

encontradas de menor dependência do estado de tensões. Para misturas com

7 dias, os valores de k2 e k3 apresentaram mais baixos que para solos puros.

Para misturas com 28 dias de cura, foram encontrados valores de k1 de até

1400 MPa, o que poderiam indicar uma influência positiva da emulsão no

151

sistema, mas geralmente esses valores são acompanhados de uma grande

influência do estado de tensões, expressos pelos valores de k2 e k3 que, por

exemplo, no caso da mistura RL com 6 % chega até a 0,86, que se contrapõem

de uma certa forma ao ganho de k1.

O ganho também é visto para as amostras puras ensaiadas com cura ao ar

livre, mas de acordo com a análise de variância, ela não é tão grande quanto o

MR das misturas solo-emulsão com 7 dias. Assim, reforça-se a hipótese de que

o ganho de MR com o acréscimo de emulsão deve-se não somente à perda de

umidade, como já visto na TAB 4.21, mas também ao estabilizante.

Os gráficos do modelo composto dos teores estudados encontram-se nas

planilhas de ensaio no Anexo C a essa dissertação. Para ilustrar a influência do

tempo de cura no módulo de corpos-de-prova, estão em destaque as FIG 4.44

e 4.45, com os gráficos de 7 e 28 dias das misturas com 4 % RL-1C.

Porém, para uma visualização individualizada, os modelos em função de

σ3, σd e θ para as misturas com 7 e 28 dias de cura estão nas TAB 4.42 a 4.44,

em comparação com o solo puro.

FIG. 4.44 MR versus σ3, σd – Solo B

com 4% RL-1C – ruptura com 7 dias

FIG. 4.45 MR versus σ3, σd – Solo B

com 4% RL-1C – ruptura com 28 dias.

152

TAB. 4.42 Planilha de resultados de módulo do Solo B – MR versus σ3

SOLO TIPO TEOR DIAS k1 (MPa) k2 R2 B PURO 0 107 -0,39 0,27 B PURO 7 199 -0,24 0,92 B RL 2 7 748 0,08 0,23 B RL 4 7 616 0,01 0,01 B RL 6 7 652 0,03 0,06 B RL 8 7 461 0,13 0,39 B RM 2 7 424 0,13 0,31 B RM 4 7 540 0,08 0,25 B RM 6 7 853 0,10 0,39 B RM 8 7 1332 0,13 0,39 B PURO 28 790 0,12 0,27 B RL 2 28 433 0,04 0,02 B RL 4 28 539 0,05 0,03 B RL 6 28 1201 0,30 0,52 B RL 8 28 894 0,05 0,01 B RM 2 28 651 0,17 0,48 B RM 4 28 700 0,17 0,14 B RM 6 28 614 -0,15 0,05 B RM 8 28 611 -0,16 0,12

TAB. 4.43 Planilha de resultados de módulo do Solo B – MR versus σd

SOLO TIPO TEOR DIAS k1 (MPa) k2 R2 B PURO 0 95 -0,57 0,70 B PURO 7 284 -0,15 0,44 B RL 2 7 609 0,01 0,01 B RL 4 7 589 0,01 0,01 B RL 6 7 561 -0,02 0,05 B RL 8 7 484 -0,01 0,71 B RM 2 7 430 -0,16 0,69 B RM 4 7 541 -0,10 0,58 B RM 6 7 686 0,04 0,07 B RM 8 7 1045 0,13 0,59 B PURO 28 543 -0,01 0,01 B RL 2 28 365 -0,13 0,32 B RL 4 28 447 -0,14 0,41 B RL 6 28 622 0,08 0,06 B RL 8 28 498 -0,19 0,18 B RM 2 28 456 0,06 0,09 B RM 4 28 385 0,04 0,01 B RM 6 28 364 -0,44 0,52 B RM 8 28 484 -0,32 0,63

153

TAB. 4.44 Planilha de resultados de módulo do Solo B – MR versus θ

SOLO TIPO TEOR DIAS k1 (MPa) k2 R2

B PURO 0 171 -0,53 0,47 B PURO 7 302 -0,23 0,80 B RL 2 7 638 0,05 0,10 B RL 4 7 601 0,01 0,01 B RL 6 7 598 0,01 0,03 B RL 8 7 552 -0,15 0,56 B RM 2 7 504 -0,16 0,49 B RM 4 7 596 -0,10 0,41 B RM 6 7 701 0,08 0,25 B RM 8 7 973 0,18 0,77 B PURO 28 608 0,07 0,09 B RL 2 28 435 -0,09 0,11 B RL 4 28 542 -0,10 0,14 B RL 6 28 680 0,22 0,31 B RL 8 28 707 -0,07 0,02 B RM 2 28 470 0,14 0,31 B RM 4 28 472 0,08 0,03 B RM 6 28 655 -0,31 0,20 B RM 8 28 709 -0,25 0,30

Foi verificado que o solo-emulsão foi mais bem representado por modelos

em função de σd, o que se deve em parte pelo fato de se tratar de uma mistura

que apresenta coesão.

Os expoentes dos modelos apresentados nas tabelas anteriores

apresentaram um valor mais alto que os apresentados em geral pelo Solo A.

Para 7 dias, os valores modulares máximos desses expoentes é de 0,19. Em

comparação com os expoentes apresentados pelo solo puro, confirma-se que a

adição de emulsão torna a mistura menos dependente do estado de tensões.

Para 28 dias de cura, a média dos expoentes que aparecem nos modelos

em função de σ3 é de 0,15. Para os expoentes que aparecem nos modelos em

função de σd, os teores de 6% RL e 8% RL apresentaram valores de 0,44 e

0,31, bem superiores aos encontrados aos teores de 2% e 4% RL

O valor k1 de todos os modelos em função de σ 3, σd e θ aumentou. Para 7

dias, ao contrário do visto para a RCS, a mistura solo-emulsão apresentou-se

mais vantajosa em comparação com o solo puro com semelhante idade,

enquanto para corpos-de-prova ensaiados com 28 dias, não se pôde afirmar

que há uma melhora no MR vindo da adição de emulsão.

154

Assim como executado com o Solo A, também foram ensaiados corpos-de-

prova com cura úmida em câmara própria, sem variação de umidade. Os

resultados encontram-se nas FIG 4.46 e 4.47 com o MR em função da tensão

confinante (σ3 ) e da tensão desvio (σd ).

Solo B puroy = 312,08x0,1214

R2 = 0,2608

Solo B + 2 % RLy = 80,836x0,044

R2 = 0,0051

Solo B + 4 % RLy = 104,12x0,1069

R2 = 0,0641

1

10

100

1000

0,01 0,1 1σ3 (MPa)

MR

(MP

a)

FIG. 4.46 MR versus σ3 – Solo B com cura úmida

Solo B puroy = 222,22x0,0034

R2 = 0,0003

Solo B + 4 % RLy = 60,174x-0,1084

R2 = 0,0786

Solo B + 2 % RLy = 50,581x-0,1516

R2 = 0,0921

1

10

100

1000

0,01 0,1 1

σd (MPa)

MR

(MPa

)

FIG. 4.47 MR versus σd – Solo B com cura úmida

155

Para o solo B, a influência negativa da cura úmida no comportamento

resiliente foi ainda mais observada que no solo A. Houve pontos isolados do

ensaio onde o módulo medido foi de menos de 50 MPa. A deformação

permanente foi vista de forma clara, principalmente na fase de

condicionamento do corpo-de-prova, chegando até a 5 mm nos dois casos

analisados, como mostrado na FIG 4.48 (a).

(a) (b)

FIG. 4.48 Deformação permanente em ensaio de módulo – Solo B – (a) cura

úmida – (b) cura seca

4.6.3.4 DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO C:

O modelo composto de todos os ensaios com o Solo C apresentaram R2

acima de 0,95, conforme mostra a TAB 4.45.

Percebe-se que os valores dos expoentes k2 são em geral, maiores que o

mesmo coeficiente com solo puro, enquanto os expoentes k3, por sua vez,

apresentam valores menores, concluindo que o módulo passa a depender

menos da tensão desvio, e mais da tensão confinante para amostras

estabilizadas. Esse comportamento difere do observado para o Solo B, onde a

estabilização leva a uma menor dependência do estado de tensões.

156

TAB. 4.45 Planilha de resultados de módulo do Solo C – Modelo composto

SOLO TIPO TEOR DIAS k1 (MPa) k2 k3 C PURO 0 85 0,11 -0,61 C 7 DIAS 7 1007 0,29 0,00 C RL 2 7 765 0,35 -0,36 C RL 4 7 821 0,51 -0,12 C RL 6 7 727 0,17 -0,24 C RL 8 7 519 0,13 -0,31

Os resultados para as misturas solo-emulsão com o solo C para os

períodos de 7 dias de cura são descritos nas TAB 4.46 a 4.48, com as

umidades constantes da TAB 4.27, não sendo encontrada significância

estatística entre os resultados dos teores. Este solo é mais bem representado

pelo modelo areno-argiloso, em função de σd.

TAB. 4.46 Planilha de resultados de módulo do Solo C – MR versus σ3

SOLO TIPO TEOR DIAS K1 (MPa) K2 R2

C PURO 0 60 -0,50 0,52 C 7 DIAS 7 754 0,19 0,36 C RL 2 7 621 -0,01 0,01 C RL 4 7 776 0,40 0,76 C RL 6 7 670 -0,05 0,04 C RL 8 7 495 -0,12 0,12

TAB. 4.47 Planilha de resultados de módulo do Solo C – MR versus σd



TAB. 4.48 Planilha de resultados de módulo do Solo C – MR versus θ



157

4.7 MÓDULO DE RESILIÊNCIA NA TRAÇÃO DIAMETRAL DOS SOLOS

DESTE ESTUDO

Os corpos-de-prova para o MRCD foram moldados da maneira descrita no

item 3.4.3, da mesma forma que os corpos-de-prova usados para a resistência

à tração indireta. Com relação ao modo de execução, o módulo de resiliência

na tração diametral das amostras estabilizadas foi executado seguindo a

seqüência mostrada no item 3.4.3.2 desta dissertação, com a ressalva de que

foram executadas seis medições, com três medições em uma direção, e outras

três em outra direção perpendicular à primeira, com o objetivo de se verificar a

uniformidade do módulo por toda a amostra.

O resultado da seqüência de ensaios para o Solo A com 2, 4, 6 e 8% RL-

1C, com 7 dias de cura seca, é apresentado na FIG 4.49.

674,50 662,50

588,00

704,00

y = -2,8125x2 + 10,125x + 691R2 = 0,9562

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% Emulsão

MR

CD

(MPa

)


Solo A estabilizado com 7 dias de cura seca

158

Verifica-se que o Solo A apresentou um MRCD de 704 MPa com 2 % RL-

1C, da mesma ordem de grandeza que o módulo obtido anteriormente na

compressão triaxial. Como na resistência à compressão simples, o MRCD

máximo foi encontrado com 2% de emulsão, confirmando a tendência vista na

RCS. A regressão linear dos valores forneceu a equação da FIG 4.49, com um

R2 de 0,96, sendo considerado um bom ajuste.

O resultado da seqüência de ensaios MRCD para o Solo B com 2, 4, 6 e 8%

RL-1C, com 7 dias de cura seca, é apresentado na FIG 4.50. O Solo B

apresentou um MRCD de 1320 MPa com 4 % RL-1C, maior que o módulo

triaxial obtido no mesmo teor. Embora o módulo máximo tenha sido encontrado

com 6%, não existe diferença significativa entre este teor e os outros.

Dos resultados, dado que foi encontrada pouca significância estatística

entre os teores, pode-se concluir que o módulo na compressão diametral não é

um bom ensaio para dosagem em campo, dada a sua baixa sensibilidade às

melhorias de um teor para outro. Entretanto, ele se mostra ideal para

dimensionamento mecanístico de revestimentos primários de baixo custo.

1320,83

1042,17

1454,501254,00

y = -29,948x2 + 274,39x + 794,37R2 = 0,7885

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% Emulsão

MR

CD

(MPa

)


Solo B estabilizado com 7 dias de cura seca

159

4.8 MÓDULO DE ELASTICIDADE DOS SOLOS DESTE ESTUDO

O módulo de elasticidade obtido como uma decorrência da Lei de Hooke, é

uma relação entre a tensão e a deformação de um corpo-de-prova, conforme

apresentado na EQ 4.1:

εσεσ =→×= EE EQ 4.1

Este parâmetro pode permitir uma análise comparativa entre o

comportamento do solo puro versus solo estabilizado. Ele pode ser obtido

quando o ensaio de RCS é feito em prensa com leitura automatizada ao longo

do carregamento, como foi o caso deste estudo.

Com os gráficos tensão-deformação obtidos através dos ensaios de RCS

executados com 7 dias, foram feitos os cálculos do módulo de elasticidade

inicial dos solos puros e dos estabilizados, que é a tangente do ângulo

destacado no esboço de gráfico tensão-deformação mostrado na FIG 4.51.

Os resultados dos solos puros e estabilizados estão nas TAB 4.49 a 4.53.

FIG. 4.51 Esboço, nesta curva, da obtenção do módulo de elasticidade

160

TAB. 4.49 Módulo de elasticidade de solos puros

Solos puros E (KPa)

Solo A 3344

Solo B 4436

Solo C 7872

TAB. 4.50 Módulo de elasticidade do Solo A

SOLO A - 7 DIAS (E em kPa)

RM RL 0% 7023

Eest/E

2% 23149 20936 3 4% 21917 16114 2,3 6% 24336 18209 2,4 8% 18655 25117 3,5

TAB. 4.51 Módulo de elasticidade do Solo B

SOLO B - 7 DIAS (E em kPa) RM RL

0% 16163 Eest/E

2% 27505 20951 1,3 4% 20318 16251 1,0 6% 19525 18172 1,1 8% 20675 25950 1,6

TAB. 4.52 Módulo de elasticidade do Solo C

SOLO C - 7 DIAS (E em KPa) RL

0% 31879 Eest/E 2% 33512 1,1 4% 41594 1,3 6% 30070 0,9 8% 32717 1,0

Verifica-se que, na condição de tratado com emulsão, o Solo C apresenta

módulo de elasticidade maior que os Solos A e B, em média, confirmando a

tendência já observada para os solos puros.

Para o Solo A, foi verificado um aumento de até 250% do módulo de

elasticidade do solo estabilizado (Eest) em relação ao mesmo módulo apenas

sob a ação da perda de umidade (E), enquanto para os solos B e C, o aumento

161

máximo foi de 60%. Este resultado reflete a melhoria do comportamento

estático do solo já verificado com os resultados dos ensaios de resistência à

compressão simples e resistência na compressão diametral, o que é um sinal

da melhoria no comportamento dos solos com a adição de emulsão.

4.9 ENSAIOS DE DESGASTE DOS SOLOS DESTE ESTUDO

4.9.1 LWT

Os ensaios com o equipamento LWT foram executados no Setor de

Preparação de Amostras do Laboratório de Geotecnia da COPPE, e foi seguida

a seqüência de ensaio descrita no item 3.6 dessa dissertação.

DUQUE NETO (2004) elaborou uma tabela de avaliação de resultados

para base imprimada e para tratamento anti-pó. Como o solo-emulsão é uma

estabilização, com o intuito de ser utilizado como revestimento primário de vias

de baixo volume de tráfego, o parâmetro a ser utilizado como comparação

neste trabalho é o de base imprimada.

Cada uma das duas parcelas que fazem parte da avaliação (avaliação

visual e afundamento durante ensaio) pode receber notas de 10, 8,5 ou 0, e a

soma das parcelas resultam num valor que pode variar de 0 até 20, e a cada

uma corresponde um conceito que pode ser muito bom, bom, ruim ou péssimo.

Entretanto, pelo rigor do ensaio e dos requisitos para as notas, o autor do

presente trabalho entendeu que a avaliação pudesse ser feita de forma

totalmente quantitativa, através da deformação vertical obtida durante o ensaio,

ao invés do critério anterior, dependente da avaliação visual.

Este autor também adotou uma condição de parada para o ensaio. Quando

a deformação permanente chegava a 2 centímetros, o ensaio era interrompido.

Em comparação com a altura da amostra de 5 cm, tal deformação já é grande,

perfazendo 40% da altura do corpo-de-prova.

O corpo-de-prova era moldado, compactado, e foi marcado nos seus

quatro quartos, e nas divisões entre eles era feita uma medida, totalizando

quatro medidas de deformações ao longo. O ensaio era feito com um dia de

cura, para assegurar a ruptura completa da emulsão.

162

A FIG 4.52 apresenta os resultados do LWT para o Solo A e a FIG 4.53,

para o Solo B. Para critérios de comparação, GUIMARÃES (2001), baseado

em experiências de VERSTRAETEN, cita que rodovias de alto volume de

tráfego admitem afundamentos de trilha de roda (ATR) de 16 milímetros.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 100 200 300 400 500

CICLOS

DEF

OR

MA

ÇÃ

O P

ERM

AN

ENTE

(CM

)

SOLO A PURO SOLO A + 2 % RL FIG. 4.52 Resultados do ensaio LWT – Solo A puro versus Solo A + 2% RL-1C.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 100 200 300 400 500

CICLOS

DEF

OR

MA

ÇÃ

O P

ERM

AN

ENTE

(CM

)

SOLO B PURO SOLO B + 4 % RL FIG. 4.53 Resultados do ensaio LWT – Solo B puro versus Solo B + 4% RL-1C

O solo A puro chegou à deformação limite com 150 ciclos, enquanto o solo

estabilizado chegou uma deformação máxima de 6 milímetros ao fim de 500

ciclos, final do ensaio. Nota-se uma melhoria na condição de desgaste do solo

163

ao se acrescentar emulsão asfáltica, pois se trata de uma deformação que

tendem a se estabilizar com o aumento dos ciclos. Todavia, essa deformação é

aproximadamente 15% da espessura total do corpo-de-prova, o que em campo

geraria um afundamento de trilha de roda (ATR) proporcional a espessura da

camada. Uma camada de base estabilizada de 10 cm geraria individualmente

um ATR de 15 mm, admissível pelos padrões usuais.

Por outro lado, se for considerado que 60% da deformação encontrada no

LWT foi devido aos 50 primeiros ciclos e que a deformação total tende a se

tornar estável, pode-se perceber uma utilização promissora do solo-emulsão

em revestimento primário.

Ao contrário do Solo A, o Solo B puro chegou ao limite com 300 ciclos e o

Solo B estabilizado, a um terço desse valor, o que mostra o efeito negativo da

adição de emulsão a um solo plástico.

Essa piora nas condições do corpo-de-prova está coerente com o que

também foi encontrado no condicionamento do ensaio de módulo: o solo fica

demasiadamente plástico fazendo com que altas deformações permanentes

surjam no solo, gerando defeitos como o ATR.

A metodologia de previsão da deformação permanente por este ensaio é

recente e ainda são necessários maiores estudos para que conclusões mais

precisas sejam obtidas. Talvez sejam necessárias correlações com o ensaio de

deformação permanente com o equipamento triaxial dinâmico, ou o uso de

fatores laboratório-campo para a melhor utilização destes resultados.

4.9.2 WTAT

Os ensaios com o equipamento WTAT foram executados no Setor de

Preparação de Amostras do Laboratório de Geotecnia da COPPE, e foi seguida

a seqüência de ensaio descrita no item 3.7 dessa dissertação.

DUQUE NETO (2004) idealizou uma nota composta por três parcelas para

avaliação do desempenho: a primeira referente a uma avaliação qualitativa do

corpo-de-prova, a segunda referente ao afundamento que a roda produzia e o

terceiro em relação à perda por abrasão do corpo-de-prova.

Foram executadas quatro medidas espalhadas pelo centro do corpo-de-

164

prova que teve contato com a borracha abrasiva. Tais medições foram feitas

em milímetros com o auxílio de um paquímetro.

Para o solo A, a FIG 4.54 mostra a deformação permanente do corpo-de-

prova, enquanto a FIG 4.55 mostra a deformação permanente para o solo B.

0,073

0,132

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

DEF

OR

MA

ÇÃ

O P

ERM

AN

ENTE

(CM

)

SOLO A PURO SOLO A + 2 % RL FIG. 4.54 Resultados do ensaio WTAT – Solo A puro versus Solo A + 2%

RL-1C.

0,03

0,112

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

DEF

OR

MA

ÇÃ

O P

ERM

AN

ENTE

(CM

)

SOLO B PURO SOLO B + 4 % RL FIG. 4.55 Resultados do ensaio WTAT – Solo B puro versus Solo B + 4%

RL-1C.

165

Como no LWT, o parâmetro a ser seguido neste trabalho é o de base

imprimada, com suas notas 10, 8, 5 ou 0, com uma soma que pode variar de 0

até 30 originando um conceito que pode ser muito bom, bom, ruim ou péssimo.

Entretanto, pelo rigor do ensaio e dos requisitos necessários para as notas, o

autor deste trabalho entendeu que a avaliação para este ensaio também

deveria ser feita de uma forma totalmente quantitativa, através da deformação

vertical obtida durante ao ensaio e da perda por abrasão do corpo-de-prova.

Foi verificado que os solos apresentaram uma deformação maior com o

acréscimo de emulsão asfáltica, mas com uma ordem de grandeza pequena

(máximo de 1 milímetro), o que é compatível e aceitável em se tratando de

esforços de abrasão, como é o caso do WTAT.

Para o Solo B, foi verificado que houve um espelhamento no corpo-de-

prova após o ensaio, como mostrado na FIG 4.56. A superfície que sofreu o

esforço abrasivo se tornou lisa e espelhada, e com a coesão do solo

estabilizado, houve apenas 0,18% de perda de peso do corpo-de-prova,

surtindo um menor desprendimento de solo, como verificado na TAB 4.53.

FIG. 4.56 Detalhe do ensaio de WTAT do Solo B

166

TAB. 4.53 Peso perdido do corpo-de-prova durante ensaio WTAT

Peso perdido do corpo-de-prova durante ensaio Amostras de solo

Solo puro Solo com emulsão

Solo A 0,78% 0,88 %

Solo B 1,06 % 0,18%

4.10 CORRELAÇÕES ENCONTRADAS NOS ENSAIOS:

4.10.1 MR VERSUS RCS

A razão de se correlacionar módulo de resiliência com a resistência à

compressão simples está em se conseguir uma relação entre um ensaio pouco

disponível para o construtor comum e um ensaio relativamente simples de ser

executado, em substituição ao ensaio de CBR que não se aplica para

parâmetro de comparação de resistência de solos estabilizados.

Tal iniciativa não é nova, e tem sido constantemente buscada em inúmeros

trabalhos realizados de forma análoga em outros parâmetros da Geotecnia. Por

exemplo, MOTTA e MEDINA (2005) citam correlações dos coeficientes da

classificação MCT em inúmeros outros trabalhos: CASTRO (2002); DUQUE

NETO (2004); CHAGAS (2004) e MARANGON (2004).

Pelo módulo de resiliência, optou-se por utilizar como parâmetros de

correlação os coeficientes k1, k2 e k3 do modelo composto, tendo em vista o

seu melhor desempenho na representatividade do módulo em relação aos

demais modelos já vistos nesta dissertação.

O coeficiente k1 é o valor do módulo de resiliência quando as tensões

confinante e tensão desvio são iguais a 1 MPa. Pelo lado do MR, trata-se de

uma extrapolação que dificilmente é encontrada em pavimentos em geral.

Entretanto, foi encontrada correlação entre a RCS e o k1 dos corpos-de-prova

estabilizados rompidos com 7 dias, com o coeficiente de determinação de 0,78,

conforme mostra a FIG 4.57.

Embora a relação seja de dois ensaios de características diferentes, o

coeficiente encontrado foi relativamente alto, pois essa comparação é feita

167

numa circunstância extrema, bem próximo da ruptura, tanto para o caso do MR

como para o caso da RCS.

Os coeficientes k2 e k3 mostram a maior ou menor dependência do módulo

com a tensão confinante e a tensão desvio. O coeficiente k3 apresentou melhor

correlação com o RCS que o coeficiente k2, em grande parte pelo fato de que o

solo-emulsão ser uma mistura coesiva - FIG 4.58 - mostrando que o aumento

da RCS faz diminuir a dependência da mistura com a tensão desvio.

k1 = 0,7818RCS + 213,78R2 = 0,783

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 200 400 600 800 1000RCS (KPa)

k1 (M

Pa)

FIG. 4.57 Correlação RCS x k1

k3 = 0,0005RCS - 0,4361R2 = 0,6681

k2 = -0,0002RCS + 0,2441R2 = 0,1448

-0,60

-0,50

-0,40

-0,30

-0,20

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0 200 400 600 800 1000

RCS ( kPa)

k2, k

3

FIG. 4.58 Correlação RCS x k2, k3

168

4.10.2 RCS VERSUS RTI

A correlação entre os ensaios de RCS e RTI para solos estabilizados com

emulsão já foi descrita por outros autores. LUCENA et al. (1982), com solos do

Nordeste brasileiro, concluíram que a RCS é cerca de 12 vezes o valor da RTI,

com base na equação descrita na EQ 4.2, onde RCS e RTI estão em KPa.

RTI = 0,079RCS -1,531 EQ 4.2

Para o presente estudo foi obtida uma correlação entre os ensaios de

resistência à compressão simples e de tração indireta, com base nos

resultados dos solos.

Apesar de a relação entre esses dois ensaios também ter sido da mesma

ordem de grandeza – a RTI nesse ensaio foi cerca de 13% da RCS – a

correlação encontrada não teve representatividade, como pode-se ver na FIG

4.59. A ampliação do número de solos acompanhado por uma repetição de

alguns ensaios de RTI isolados levará para a obtenção de uma relação mais

adequada.

RTI = 0,1314 RCS - 20,506R2 = 0,2081

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800

RCS (KPa)

RTI

(KPa

)

FIG. 4.59 Correlação RCS VERSUS RTI

169

4.10.3 RCS VERSUS FATORES

O programa STATISTICA foi utilizado para, a partir do experimento

exploratório mostrado na TAB 4.13, obter uma equação de regressão múltipla,

onde a RCS fique em função dos valores dos quatro fatores então trabalhados:

tipo de solo, tipo de emulsão, teor de emulsão e tempo de cura, onde os dois

primeiros fatores assumem os valores 1 e -1, como mostrado na TAB 4.54.

TAB. 4.54 Valores dos fatores utilizados na regressão múltipla

Fator Nível + (Valor +1) Nível – (Valor -1)

Tipo de solo Solo B Solo A

Tipo de emulsão RL-1C RM-1C

Foram retirados da análise todos os termos de terceira e quarta ordem,

além de todos os termos de primeira e segunda ordem que apresentaram valor

P acima de 0,10. Ao se considerar somente efeitos de primeira ordem, a

equação fica reduzida como mostrado na EQ 4.3:

RCS=702,6-69,9*SOLO+135,1*IDADE EQ 4.3

(R2=0,67) Com termos de primeira e segunda ordem, a equação se torna a EQ 4.4

RCS=702,6-69,9*SOLO+135,1*IDADE-

32,0*SOLO*TEOR+44,56*EMULSÃO*IDADE-24,8*TEOR*IDADE EQ 4.4

(R2= 0,78) 4.10.4 MR VERSUS FATORES

O programa STATISTICA foi utilizado para, a partir do experimento

exploratório mostrado na TAB 4.36, obter uma equação de regressão múltipla,

onde o MR fique em função dos valores dos quatro fatores então trabalhados:

tipo de solo, tipo de emulsão, teor de emulsão e tempo de cura, onde os dois

170

primeiros fatores assumem os valores 1 e -1, como já mostrado na TAB 4.45; e

também a tensão desvio e a tensão confinante de cada módulo encontrado.

A EQ 4.5 foi encontrada somente com termos significativos de primeira

ordem:

MR=437,7 + 55,06*SOLO + 29,06*TEOR + 2144,*SIGMA3 - 860,*SIGMAD

(R2 = 0,25) EQ 4.5

Pelo baixo R2 encontrado, pode-se inferir a dificuldade de se achar

regressões envolvendo o módulo e o estado de tensões. Uma das causas é a

presença de apenas dois solos na análise, e para se melhorar o modelo seria

preciso um banco de dados maior de ensaios de MR e RCS de solo-emulsão.

Uma alternativa seria um procedimento de inteligência computacional,

como o processo de redes neurais artificiais, já utilizada em situações

semelhantes como em FERREIRA (2002) e SILVA et al.(2005).

4.11 EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO MECANÍSTICO

A título ilustrativo de um possível dimensionamento mecanístico com os

dados de MR obtidos neste estudo para baixo volume de tráfego, são

apresentadas a seguir três estruturas típicas com camadas estabilizadas de

solo-emulsão como parte do pavimento.

A estrutura chamada aqui de Estrutura I mostra apenas o subleito com um

tratamento superficial, e representa a alternativa do local onde o Solo A deste

estudo fosse escarificado e recompactado formando então uma base para a

aplicação do tratamento superficial. A Estrutura II tem o solo-emulsão agindo

como uma camada de base, com um tratamento superficial, típico de rodovias

de baixo volume de tráfego, enquanto na Estrutura III o solo-emulsão age como

revestimento primário, sem qualquer outro revestimento asfáltico. As Estruturas

são mostradas esquematicamente na FIG 4.60.

Para efeito de alternativa de dimensionamento, são adotadas três

espessuras diferentes de camada de solo-emulsão para as estruturas II e III: 5,

10 e 15 centímetros, e para cada uma das três espessuras serão calculados a

171

deflexão sob a roda e a tensão vertical no subleito com a ajuda do programa

FEPAVE2.

FIG. 4.60 Esquema dos tipos de estrutura a serem analisados

Em todos os casos, os dados de entrada dos módulos de resiliência foram

os modelos compostos do solo A com cura seca de 7 dias, e também no caso

em que o solo-emulsão tiver uma função de base de pavimentos como na

Estrutura II; e o módulo de resiliência na compressão diametral, para a situação

do solo-emulsão ser usado como um revestimento primário e para o caso do

tratamento superficial, como na Estrutura III.

O subleito considerado nos exemplos é o Solo A, e para a camada

estabilizada foi utilizada a mistura deste solo com 2% RL-1C. Para o

tratamento superficial, foi adotado o valor de 500 MPa para o módulo de

resiliência na compressão diametral (MRCD), como usado por MARANGON

(2004), com uma espessura de 2 centímetros.

Os resultados das sete variações de tipos de estrutura estão

apresentados na TAB 4.55, e as planilhas de respostas do FEPAVE2 estão no

Apêndice D. Ressalte-se que nestas planilhas as deflexões listadas são entre

rodas como é de praxe nas análises de pavimentos com revestimentos

espessos.

172

Na TAB 4.55 estão apresentadas as deflexões sob uma das rodas do eixo

padrão visto que as estruturas simuladas não têm efeito de placa (casos do

tratamento superficial e da ausência de revestimento) e pela sua pequena

espessura faz com que as tensões e deformações sob uma das rodas seja

maior que entre elas.

TAB. 4.55 Resultados de cálculo de parâmetros as alternativas de estruturas

calculadas pelo FEPAVE2

I II – espessura da

base (cm)

III – espessura do

revestimento

primário (cm)

Estrutura

Parâmetro

5 10 15 5 10 15

Deflexão sob a roda

(mm)

0,60 0,44 0,35 0,31 0,45 0,30 0,28

Tensão vertical no

subleito (MPa)

0,57 0,39 0,24 0,16 0,44 0,26 0,17

Comparando-se os casos das estruturas II e III, verifica-se que quando a

camada estabilizada tem a mesma espessura, as deflexões sob a roda e a

tensão vertical no subleito foram da mesma ordem de grandeza, o que

confirma que os módulos de resiliência encontrados, na compressão triaxial e

na compressão diametral tiveram valores semelhantes que produziram efeitos

semelhantes e de mesma ordem.

Entre a estrutura I e as estruturas II e III, observa-se que a estabilização do

subleito de 5 centímetros com emulsão asfáltica gera uma tensão 46% menor e

uma deflexão 35 % menor sob a roda. No caso de 15 centímetros de

estabilização, a deflexão se reduz a cerca da metade.

Portanto, comprova-se que no caso do solo granular deste estudo, o uso

de somente 2% de emulsão RL melhora bastante a condição estrutural para

um pavimento próprio para baixo volume de tráfego.

173

4.12 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA

A caracterização microestrutural foi realizada utilizando a análise em

Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). As análises microestruturais foram

realizadas sobre amostras compactadas extraídas de corpos-de-prova, puras e

adicionadas com 2, 4, 6 e 8 % de emulsão, com ampliações de 200 e 500X.

A título de exemplo, as FIG 4.61 e 4.62 mostram um extrato de todas as

análises de MEV realizadas, com o Solo A. A FIG 4.61 mostra o solo A puro.

Com a adição de emulsão, mostrada na FIG 4.62, observa-se uma mudança na

estrutura do solo – um aumento de “volume”, como se a estrutura estivesse “se

floculando” provocado pela inclusão da emulsão nos espaços intergranulares.

FIG. 4.61 MEV Solo A puro

(Ampliação 500 X)

FIG. 4.62 MEV Solo A com 4% RL-1C

(Ampliação 500 X)

As FIG 4.63 e 4.64 mostram um extrato de todas as análises de MEV

realizadas, com o Solo B. A FIG 4.63 mostra o solo B puro. Com a adição de

emulsão mostrada na FIG 4.64, também é observado um aumento no “volume”

do solo, verificado pelo efeito de “floculação” também observado no Solo A.

A tendência observada de “floculação” é mais intensificada com a maior

adição de emulsão ao solo, e é vista em todas as fotografias de MEV de solo-

emulsão, como mostrado no Apêndice E.

174

FIG. 4.63 MEV Solo B puro

(Ampliação 500 X)

FIG. 4.64 MEV Solo B com 4 % RL-

1C (Ampliação 500 X)

4.13 CONSIDERAÇÕES FINAIS:

Foram realizados 165 corpos-de-prova de resistência à compressão

simples, 30 corpos-de-prova de resistência à tração indireta, 55 corpos-de-

prova de módulo de resiliência, 10 corpos-de-prova de módulo de resiliência na

tração diametral, dois ensaios de LWT e dois ensaios de WTAT. Ao todo, foram

260 corpos-de-prova de diferentes tamanhos, mostrados parcialmente na FIG

4.65, com uma estimativa de cerca de setecentos quilos de solos ensaiados.

FIG. 4.65 Parte dos corpos-de-prova ensaiados neste trabalho

175

Ao final de todos os ensaios, e baseado na pesquisa bibliográfica realizada

no Capítulo 2, pode-se dizer que o comportamento do solo-emulsão se dá de

duas maneiras distintas: para solos granulares e para solos finos.

Para solos granulares, a interação solo-emulsão pode ser considerada

benéfica. Aumenta a coesão do sistema, promovendo uma melhoria em quase

todos os parâmetros utilizados neste estudo. Confere impermeabilidade ao

sistema, fazendo com que a umidade residual ao final de um período de tempo

seja maior que para os solos puros não estabilizados, além de fazer com que

os comportamentos fiquem menos dependentes do estado de tensões.

Restaria fazer testes de ganhos de umidade com eventual entrada de água,

para que a impermeabilidade seja mais bem avaliada.

Para solos finos, o solo-emulsão tem limitações. O aumento no valor de

algum parâmetro de resistência deve ser cuidadosamente avaliado, pois em

geral foi encontrado um ganho no valor deste parâmetro sem qualquer

acréscimo de emulsão, apenas com a perda de umidade do solo puro por

tempos determinados (7 e 28 dias). Entretanto, a impermeabilidade de corpos-

de-prova de solos finos estabilizados é melhor observada que em solos mais

granulares.

As emulsões RL agem de modo diferente das emulsões RM no sistema

solo-emulsão: as primeiras proporcionam um ganho mais uniformemente

distribuído ao longo do período de cura, enquanto na RM esse ganho é mais

concentrado nos 7 primeiros dias.

Assim como no solo-cimento, 7 dias parece ser o tempo máximo

necessário de cura para o solo-emulsão, haja visto que os corpos-de-prova

com 28 dias apresentaram uma grande influência da perda excessiva de

umidade.

O ensaio de RCS mostrou uma boa sensibilidade. Trata-se de um ensaio

que mostrou significância estatística entre os quatro teores de dosagem

adotados para solos granulares. Não deve ser descartado o módulo de

resiliência, que embora não permita que se detecte uma diferença entre os

teores, fornece outras informações como a dependência do solo-emulsão com

o estado de tensões.

Os ensaios de módulo de resiliência na tração diametral, apesar de não

176

fornecer uma boa resposta para dosagem, mostraram-se úteis para se medir a

deformabilidade de solo-emulsão, na situação de revestimento primário.

Os ensaios de LWT e WTAT apresentaram um bom resultado,

especialmente o Solo A, que mostrou uma melhoria com a adição de 2% de

RL-1C. São ensaios ainda usados como comparativo entre solos que

necessitam de correlação campo-laboratório para se obter melhores indicações

de desempenho.

Finalmente, a tecnologia de estabilização solo-emulsão mostrou-se

promissora para solos granulares. Para solos plásticos, deve-se ter cuidado ao

se adotar como solução, tanto para base de pavimentos como para

revestimento primário, pois incorre no risco de adicionar um produto químico

para se obter uma estabilização que não atenda aos requisitos da boa técnica.

No plano prático, a seqüência de execução em campo precisa ser bem

resgatada, com o auxílio de novas pesquisas em laboratório para que se

conheça melhor essa possibilidade de uso da emulsão como estabilizante.

Com o intuito de dar mais uma pequena contribuição a essa pesquisa, o

Apêndice A mostra uma experiência de uso de solo-emulsão para revestimento

primário de um pequeno trecho experimental em um caminho de serviço, nas

imediações da cidade de Iapu/MG, onde se pôde perceber as dificuldades de

aplicação dessa técnica em campo; e o Apêndice B mostra uma sugestão de

seqüência de execução de solo-emulsão na pista, com base nas experiências

levantadas pelo autor do presente trabalho.

177

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES DE PESQUISAS FUTURAS

O objetivo da presente pesquisa foi estudar o comportamento de solos do

Estado do Rio de Janeiro estabilizados com emulsão asfáltica, e para que ele

fosse atingido foram ensaiados 260 corpos-de-prova de diversos ensaios,

como a resistência à compressão simples, resistência à tração indireta, módulo

de resiliência triaxial e de compressão diametral e ensaios de desgaste como o

LWT (Loaded Wheel Test) e WTAT (Wet Track Abrasion Test).

5.1 CONCLUSÕES

As principais conclusões sobre o tema proposto, fundamentadas na

literatura e nos ensaios realizados em corpos-de-prova são:

• A adição de emulsão asfáltica aos solos confere aumento de

capacidade de suporte e características de impermeabilidade;

• A adição de emulsão a corpos-de-prova submetidos ao ensaio

triaxial para obtenção do módulo de resiliência faz com que os solos

sejam menos dependentes do estado de tensões do pavimento;

• Para o dimensionamento mecanístico de camadas de solo-emulsão,

deve ser utilizado o modelo composto do módulo de resiliência

triaxial quando a camada tiver uma função de base e sub-base; e o

módulo de resiliência na compressão diametral quando ela for um

revestimento primário. Nos dois exemplos de estruturas com solos

estabilizados simulados com o solo A com 2% RL-1C, os valores de

deflexão sob a roda e de tensão vertical no subleito tiveram a

mesma ordem de grandeza;

• A estabilização do solo A com emulsão reduziu a deflexão sob a

roda e a tensão vertical no subleito, em comparação com a base não

estabilizada;

• O aumento da espessura da camada de solo A com emulsão, de

acordo com o FEPAVE2, provoca uma redução da deflexão sob a

roda e da tensão vertical no subleito;

178

• Em relação ao solo arenoso deste estudo, houve um aumento de

todos os parâmetros de resistência analisados em relação ao solo

puro: resistência à compressão simples, módulo de resiliência e

resistência à tração indireta, verificadas com sete e com 28 dias de

cura seca, em comparação com corpos-de-prova de solos puros

deixados com o mesmo tempo de cura. Esta melhora é devido à

adição de coesão ao solo;

• Em relação aos solos plásticos deste estudo, com sete dias de cura

seca, a adição de emulsão diminuiu a resistência à compressão

simples e aumentou o módulo de resiliência, em comparação aos

corpos-de-prova de solos puros deixados com o mesmo tempo de

cura. Com 28 dias de cura, porém, é verificada uma influência

positiva da emulsão na resistência à compressão simples e no

módulo de resiliência, em relação aos corpos-de-prova de solos

puros deixados com o mesmo tempo de cura;

• A adição de emulsão RM aos solos proporciona um aumento da

resistência à compressão simples e do módulo de resiliência mais

intenso nos sete primeiros dias de cura seca, enquanto com a

adição de emulsão RL esse ganho é mais distribuído pelos 28 dias

de cura seca. Porém, a mistura com emulsão RL é mais fácil de ser

executada em laboratório que as misturas com emulsão RM;

• Corpos-de-prova estabilizados e curados em câmara úmida não

apresentaram melhoria em seu comportamento mecânico. Foram

encontradas grandes deformações permanentes nos ensaios de

módulo de resiliência na fase de condicionamento nesta condição;

• O módulo de resiliência na tração diametral foi válido como método

de avaliação de deformabilidade. O valor encontrado para o módulo

na tração diametral foi da mesma ordem de grandeza que o módulo

na compressão triaxial, para o Solo A; e maior que o módulo triaxial,

para o Solo B;

• O tempo de sete dias de cura de solo-emulsão parece ser suficiente

para ser adotado numa avaliação de resistência de corpos-de-prova

de solo-emulsão em laboratório;

179

• De todos os ensaios deste estudo, a resistência à compressão

simples é o mais recomendado para ser um ensaio de dosagem de

solo-emulsão pela facilidade de execução em pequenos

laboratórios, enquanto o módulo de resiliência confirmou ser um

ensaio indicado e preciso para dimensionamento mecanístico ;

• A umidade residual dos corpos-de-prova estabilizados é diretamente

proporcional ao teor de emulsão asfáltica acrescentado aos solos;

ela é maior em solos finos que em solos granulares;

• O Solo A estabilizado, ao ser ensaiado ao desgaste no equipamento

LWT modificado, apresentou uma melhoria em relação ao solo puro,

com menores deformações permanentes, ao contrário do Solo B

estabilizado, que não apresentou um bom resultado;

• A estabilização dos solos A e B não melhorou a resistência à

abrasão pelo WTAT quanto à deformação permanente, em relação

ao solo puro. Todavia, os valores encontrados de qualquer forma

foram muito baixos O solo B estabilizado apresentou uma perda de

massa menor que o solo B puro;

• Foi encontrada correlação entre a resistência à compressão simples

e os coeficientes k1 e k3 do modelo composto do módulo de

resiliência, o que se deve ao fato do solo-emulsão ser uma mistura

coesiva, e, portanto, mais dependente da tensão desvio que da

tensão confinante;

• A correlação da resistência à compressão simples e da resistência à

tração indireta não foi satisfatória, devido ao pequeno tamanho da

base de dados;

• Regressões múltiplas envolvendo a resistência à compressão

simples e o tempo de cura, tipo de emulsão, teor de emulsão e tipo

de solo permitiram obter uma equação que apresentou uma

correlação regular (R2 =0,67); Já o módulo de resiliência apresentou

uma correlação menor com o tempo de cura, o tipo de emulsão, o

teor de emulsão, o tipo de solo e o estado de tensões, sendo

necessária uma técnica mais adequada para se gerar uma

expressão de previsão ou até mesmo aumentar o banco de dados,

180

ensaiando-se outros solos e outras emulsões;

• Fotografias de microscopia eletrônica de varredura mostram uma

mudança na microestrutura interna do solo, com ênfase

principalmente em uma “floculação” das partículas finas do solo

observada nos corpos-de-prova estabilizados com emulsão.

5.2 RECOMENDAÇÕES PARA ESTUDOS FUTUROS

• Realizar estudo semelhante ao aqui feito, mas com corpos-de-prova

compactados com amostras de solo não destorroadas, para se

assemelhar ao máximo às condições de execução no campo;

• Realizar a cura com ciclos de secagem e molhagem do corpo-de-

prova, para se verificar a variação de umidade no ganho de

resistência à compressão simples e módulo e variar o tempo de cura

para menos que 7 dias e testar a cura acelerada em estufa;

• Aumentar o banco de dados de ensaios de módulo de resiliência

iniciado neste estudo, e através de um procedimento de Inteligência

Computacional (redes neurais artificiais, data mining, etc) obter uma

expressão que permita a previsão do módulo de amostras

estabilizadas com emulsão;

• Fazer uma comparação entre o desempenho dos solos estabilizados

estudados com cimento ou cal com o solo-emulsão, bem como os

casos de solo-cimento-emulsão e solo-cal-emulsão;

• Realizar estudos com o objetivo de descobrir correlações entre as

deformações permanentes obtidas nos ensaios de LWT e WTAT

com as deformações permanentes observadas no campo, bem

como um aprofundamento na utilização destes ensaios na dosagem

de misturas solo-emulsão;

• Aprofundar a análise do comportamento mecânico com a ajuda de

fotografias de microscopia eletrônica de varredura;

• Fazer análises de curvas de compactação de variados solos

estabilizados, em comparação com as curvas de solos puros.

181

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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189

7 APÊNDICES

7.1 RELATO DE EXPERIMENTO DE CAMPO

190

HISTÓRICO E OBJETIVO

Desde o início desde trabalho, em janeiro de 2006 com a coleta dos Solos

A e B, houve o interesse de que fosse feita uma pista experimental, onde

pudesse ser vista e avaliada a seqüência executiva do solo-emulsão, bem

como parâmetros importantes como rendimento de serviço, metodologia de

dosagem e outros mais inerentes à pratica de campo.

Uma possível pista experimental foi programada, e seria executada dentro

de um projeto de pesquisa da PETROBRAS em parceria com a COPPE e o

IME sobre tecnologias de construção de rodovias para baixo volume de tráfego,

teria cerca de 800 metros de extensão, em uma via interna do Depósito Central

de Munição (DCMun) do Exército Brasileiro em Paracambi/RJ. Esta escolha

veio da expectativa da troca de parceria entre o DCMun e a PETROBRAS.

Foi feito um reconhecimento do local, compreendendo medição da

plataforma e do comprimento da pista, e coleta do solo da pista para se fazer

os ensaios de caracterização.

O solo do revestimento primário da pista é o Solo C, já apresentado no

Capítulo 3 dessa dissertação. Entretanto, havia vários óbices à sua

estabilização. O primeiro era que o Solo C, conforme granulometria

apresentada na Figura 4.1, não se enquadrava em nenhum dos requisitos de

um solo a ser estabilizado com emulsão: é um solo plástico e com 41%

passante na peneira 0,075 mm, superior ao máximo de 30 % recomendados.

Um outro problema era a definição da seqüência correta de execução do

serviço, e dela dependia diretamente a quantidade e o tipo dos equipamentos a

serem utilizados. Os equipamentos necessários à execução do serviço

dependem muito do tipo de mistura e de estabilização a serem realizados.

ABEDA (2001) e MOREIRA (2006) listam os seguintes equipamentos,

juntamente com o uso a que cada um é destinado, sendo que equipamentos

que possuem o mesmo uso são alternativos entre si:

• Grade de disco – mistura da emulsão com o solo;

• Pulvi-misturador – mistura da emulsão com o solo;

• Caminhão basculante – transporte de material;

• Pá carregadeira – carga de material;

191

• Motoniveladora – regularização e acabamento de superfícies;

• Trator de esteira ou de pneus – carga de material;

• Caminhão pipa – transporte e dosagem de água;

• Distribuidor de asfalto – transporte e dosagem de emulsão;

• Tanque de armazenamento de emulsão;

• Rolo compactador pé de carneiro - compactação;

• Rolo compactador liso - compactação;

• Usina de solos ou de pré-misturado a frio (PMF) – para o caso da

mistura não ser feita na pista, apresenta um melhor rendimento;

Era necessário também um laboratório de solos ampliado de campo, que

incluísse não apenas os instrumentos necessários à caracterização e à

compactação do solo, mas que também englobasse os ensaios mínimos

necessários de recebimento da emulsão asfáltica.

Por essa dificuldade, e pela indefinição do financiamento até uma data

viável de execução para esta dissertação a tentativa de se realizar a pista em

Paracambi foi suspensa. Todavia, numa dissertação sobre solo-emulsão,

sabendo-se da diversidade no modus operandi da execução dessa tecnologia,

não podia deixar de dar uma contribuição na padronização da execução.

O autor do presente trabalho, com o providencial apoio do Comando e da

Seção Técnica do 11° Batalhão de Engenharia de Construção (11° BECnst),

conseguiu que fosse executado pelo Destacamento de Ipatinga do Batalhão,

um trecho experimental de 40 metros em um caminho de serviço auxiliar à

construção do trevo de acesso à cidade de Iapu-MG.

O objetivo deste apêndice é fazer um relato desta experiência, com seus

problemas e dificuldades, para que um primeiro passo fosse dado no resgate

da tecnologia de execução do solo-emulsão e assim, disponibilizar mais uma

alternativa à pavimentação de vias de baixo volume de tráfego.

REQUISITOS DE EXECUÇÃO DO SOLO-EMULSÃO

Para se utilizar o solo-emulsão como pavimento de baixo custo, MOREIRA

(2006) apresenta os seguintes requisitos que a pista deve atender:

192

• Rodovia de baixo volume de tráfego;

• Região com baixo volume pluviométrico;

• Região com topografia pouco acidentada;

• Materiais locais de boa qualidade;

• Bom projeto geométrico;

• Obras de arte corrente suficientes;

• Sistema de drenagem eficiente;

Ainda que o solo granular estabilizado com emulsão apresente uma

melhoria em sua resistência ao desgaste, conforme apresentado no item 4.9

com o ensaio de LWT, MOREIRA (2006) recomenda a execução de uma

camada de rolamento ou revestimento sobre a camada de base estabilizada

com emulsão. Dentro da filosofia de vias de baixo volume de tráfego, poderia

ser utilizado o tratamento superficial duplo, micro-revestimento asfáltico ou o

tratamento anti-pó, embora o CBUQ ou o PMF possam também ser utilizados

com a ajuda de um programa de dimensionamento adequado, atendendo

também ao custo de implantação.

O controle tecnológico para a execução dos serviços depende do processo

executivo adotado. Pode ser utilizado a compactação, a massa específica

aparente seca (MEAS) e o ensaio de CBR (MOREIRA, 2006), embora não seja

um ensaio adequado para avaliar o índice de suporte de solos estabilizados

(MEDINA e MOTTA, 2004).

O controle geométrico envolve a precisão na espessura da camada, na

largura da plataforma e no acabamento da superfície, com o auxílio da

topografia. A espessura da camada acabada não deverá ser inferior a 10

centímetros, nem superior a 15 centímetros, e quando a espessura for maior

que essa, o serviço deverá ser executado em duas camadas (DER/SP, 1988).

Todavia, o autor do presente trabalho acredita que essa exigência da

norma é decorrente do tipo do uso que se deseja de um solo-emulsão. A

especificação do DER/SP (“Bases e sub-bases de solo-asfalto” ) refere-se a

bases e sub-bases estabilizadas, em contrapartida, existem relatos de pistas

executadas apenas com 5 cm (MOREIRA, 2006) ou com 7 cm de espessura de

193

camada estabilizada (THULLER, 2005). Nestes casos, o solo-emulsão é um

revestimento primário, não se aplicando nestes casos a especificação do DER.

. A respeito do ligante, o DER/SP determina os requisitos para a emulsão a

ser utilizada na estabilização, na sua temperatura de aplicação. Quando a

viscosidade não pode ser conhecida, deve ser obedecido o requisito de

temperatura:

• Viscosidade Saybolt-Furol mínima (temperatura de aplicação): 20

segundos Saybolt-Furol;

• Viscosidade Saybolt-Furol máxima (temperatura de aplicação): 100

segundos Saybolt-Furol;

• Temperatura de aplicação mínima (RL): 10°C (20°C se RM-1C);

• Temperatura de aplicação máxima (RL): 40°C (60°C se RM-1C).

Quanto à taxa de execução, ABEDA (2001) recomenda a taxa de 1,14 l/m2.

cm de emulsão a ser acrescentada, sem diluição. Entretanto, ela deve ser

analisada para cada solo e para a dosagem feita anteriormente em laboratório.

SEQUÊNCIA DE EXECUÇÃO DO SOLO-EMULSÃO EM CAMPO

MOREIRA (2006) relata a seqüência de execução de solo-emulsão usada

em seu experimento:

• Carga e transporte do material a ser estabilizado para o local;

• Espalhamento, umedecimento próximo da umidade ótima e

homogeneização com grade de discos;

• Quando a umidade estiver 2% abaixo da ótima, aplicação de 1/3 da

taxa de emulsão com o distribuidor de asfalto;

• Homogeneização e tombamento do material, com grade de discos e

motoniveladora;

• Aplicação de mais 1/3 da taxa de emulsão;

• Homogeneização e tombamento do material;

• Aplicação do restante da taxa de material;

• Homogeneização, espalhamento e conformação de greide;

194

• Compactação com rolo de pneu;

• Acabamento com rolo liso;

• Varredura da base, para aplicação do revestimento.

Esta seqüência também foi recomendada por Eng° José Alencar

(comunicação pessoal), da PROBITEC, um especialista de emulsão, que

participou de experiências com solo-emulsão na década de 1970, inclusive da

construção do trecho citado por THULLER (2005).

RECONHECIMENTO DA OBRA

Quando da chegada ao local da obra, a primeira providência foi o

reconhecimento. Havia um informe que o solo local era um silte arenoso ou

uma areia siltosa. A partir do reconhecimento do trecho, verificou-se que o

talude adjacente apresentava vários tipos de solos, uns mais e outros menos

intemperizados, como mostra a Figura 7.1. Havia também a ocorrência de um

material de terceira categoria encontrado por ocasião da construção do talude.

FIG. 7.1 Perfil de solo do local do experimento com solo-emulsão

Escolheu-se como trecho experimental, sob a supervisão do Chefe de

Seção Técnica, o Cap QEM William Rubbioli Cordeiro e do engenheiro

residente do destacamento, 2° Tenente OTT Cássio Murilo Cardoso Santos um

caminho de serviço adjacente ao local do trevo, que auxiliava no trânsito de

195

equipamentos de terraplenagem. Apresentava um pequeno volume diário de 15

veículos comerciais por dia, pois era o começo de um acesso a uma estação

da companhia de águas de Minas Gerais.

Optou-se pela escolha de duas ocorrências de solo da região da

construção, para que um deles fosse utilizado na estabilização da base. Havia

uma limitação operacional que exigia o uso de solos extraídos do local.

As ocorrências foram batizadas de IAPU-1 e IAPU-2. Embora não

houvesse nenhum laboratório de campo na região do destacamento, foram

extraídas amostras para caracterização do solo, que foi realizada a posteriori

pelo Laboratório do 11° BECnst cujos resultados encontram-se na Tabela 7.1.

TAB. 7.1 Ensaios de classificação de solos

GRANULOMETRIA SOLO

2,00 0,42 0,074

LL IP HRB IG Hot

IAPU-1 100 81 63 NP NP A-4 5 26%

IAPU-2 100 88 72 NP NP A-4 7 28%

Em seguida, foi colhida amostra da emulsão asfáltica disponível no local.

Tratava-se de uma emulsão RL-1C, enriquecida com 3% SBS, que foi utilizada

na construção de micro revestimento asfáltico anteriormente, mas que estava

armazenada hã um mês num tanque no local da obra. A caracterização da

emulsão realizada a posteriori mostrou os resultados mostrados na TAB 7.2:

TAB. 7.2 Ensaios de caracterização da emulsão

Ensaio Encontrado Referência

Viscosidade Saybolt-Furol a 25°C 19 sSF 20-100 Ssf

Viscosidade Saybolt-Furol a 50°C 17,5 sSF 20-100 Ssf

Resíduo por aquecimento 33,04 % Min 62 %

Peneiramento 4,5 % Max 0,10%

196

EXECUÇÃO DA EXPERIÊNCIA

O trecho ficou com quatro metros de plataforma e 40 metros de extensão, e

sua construção envolveu a substituição de 15 cm de profundidade do

revestimento primário existente por 15 cm acabados de solo estabilizado.

O solo utilizado foi o IAPU-1, por parecer menos fino que o IAPU-2. A

emulsão foi diluída em 50%, e a proposição foi de que o solo fosse estabilizado

numa estimativa de 4% de produto por peso seco de solo, somente com base

nas experiências de laboratório mostradas no capítulo 4 com os outros solos.

Não foi feito nenhum ensaio de dosagem. A execução da pista envolveu as

fases de execução descritas a seguir, e a seqüência foi apenas baseada na

execução realizada por MOREIRA (2006). O autor do presente trabalho,

conforme a descrição de cada fase relatará os principais problemas ocorridos.

PASSOS DO EXPERIMENTO

a) Retirada da camada existente

A camada existente foi retirada com a lâmina da motoniveladora, como

mostrado na FIG 7.2. Não havia interesse do autor da presente experiência em

utilizar este solo, pois não se tinha muitos dados sobre ela e sua composição

granulométrica era aparentemente mal distribuída.

FIG. 7.2 Retirada da camada existente

197

b) Carga e transporte do solo

Foram carregados dois caminhões basculantes com o solo convencionado

como IAPU-1, com a ajuda de uma carregadeira. O solo foi descarregado em

leiras ao longo da extensão da pista, para em seguida ser espalhada por uma

motoniveladora. As figuras 7.3 a 7.5 apresentam aspectos da carga e da

descarga do material.

FIG. 7.3 Carga de material

FIG. 7.4 Descarga de material

198

FIG. 7.5 Detalhe do material enleirado

c) Carga, transporte e diluição da emulsão.

A emulsão asfáltica foi descarregada de um tanque de material asfáltico de

uma obra de restauração em curso sob responsabilidade do Destacamento. Foi

utilizado para isso um distribuidor de asfalto de 6 toneladas de capacidade.

Deve-se ter atenção nesse momento para a quantidade de emulsão a ser

posta no distribuidor de asfalto. Como geralmente a emulsão é diluída em 50%,

o distribuidor deve ser cheio até a metade de sua capacidade, para que ela

seja complementada com água.

A água em si deve ser limpa, podendo ser da mesma qualidade utilizada

para levar o solo à umidade ótima.

Outro aspecto importante é a temperatura da emulsão e da emulsão

diluída, que devem estar dentro dos limites de viscosidade e temperatura

recomendados, por exemplo, pelo DER/SP (DER/SP, 1988). Ensaios de

viscosidade Saybolt-Furol complementares podem ser úteis nessa conferência.

Quanto à temperatura, ela pode ser controlada através do termômetro que

normalmente é instalado no distribuidor de asfalto.

Para esta pista a temperatura ambiente era de 25°C e a temperatura de

aplicação da emulsão foi de 35°C

As Figuras 7.6 e 7.7 mostram detalhes da operação de carga e diluição da


199

FIG. 7.6 Transferência da emulsão para o distribuidor de asfalto

FIG. 7.7 Diluição da emulsão dentro do distribuidor de asfalto.

d) Espalhamento e homogenização do solo

O solo foi espalhado por uma motoniveladora pela pista, seguindo-se pelo

gradeamento feito pela grade de discos atrelada a um trator agrícola.

O gradeamento é um dos pontos principais no processo, para que não haja

grumos de solo pela massa. Tais aglomerados impedem a mistura íntima e

perfeita do solo e a emulsão na sequência, traduzindo-se em perda de

eficiência da camada de solo-emulsão. No caso deste trabalho, não se

conseguiu que o solo fosse completamente destorroado.

Nesta fase, a água de dispersão deve ser adicionada ao solo por meio de

caminhões-pipa. MOREIRA (2006) sugere que a adição da água deve parar a

2% da umidade ótima, quando deve começar a adição da emulsão.

200

O autor deste trabalho, porém, acredita que 2% é um patamar perigoso,

haja visto que a própria norma do DNER de compactação de solos (DNER ME

162/94) admite essa umidade como dentro da tolerância de compactação em

campo. Tal condição de “umidade de parada” deve ser analisada caso a caso,

em função do teor de projeto da emulsão e do cálculo da água de compactação

que é feito em decorrência deste teor. Sugere-se que a adição da água pare

entre 2 e 5% da umidade ótima.

No caso da pista, como a umidade do solo espalhado era de 17% medida

com o Speedy, o autor do trabalho achou que a água contida na emulsão

diluída era suficiente para levar o solo a uma umidade viável de compactação.

O controle de umidade nessa fase é de suma importância e influenciará na

próxima fase. As FIG 7.8 a 7.10 mostram detalhes dessa operação.

FIG. 7.8 Espalhamento do material

FIG. 7.9 Aeração e destorroamento do solo

201

FIG. 7.10 Aspecto do solo pronto para aplicação da emulsão asfáltica

e) Aplicação e mistura da emulsão ao solo

A mistura de emulsão ao solo é a que requer mais atenção do engenheiro

executante e da equipe de aplicação.

É recomendável que a emulsão deva ser aplicada em três passadas com

um terço da emulsão em cada uma. Cada passada do distribuidor deve ser

seguida pela grade de discos ou o pulvimisturador, que terão a missão de

misturar o solo e a emulsão adequadamente.

Dependendo da quantidade de emulsão a ser aplicada, podem ser

necessárias mais de três passadas do distribuidor de asfalto pela pista. No

caso deste trabalho, foram feitas três séries de passadas, onde cada série

tinha duas ou três passadas do distribuidor com velocidade perto de 5 km/h.

Outro aspecto observado foi que, como se tratava de solo com baixa

permeabilidade, a emulsão apresentou problemas para se infiltrar pelo solo,

levando tempo até isso acontecer. A vantagem dos solos arenosos é que,

como são bem mais permeáveis deve apresentar maior facilidade da emulsão

infiltrar no solo, dando um primeiro passo para uma mistura mais homogênea.

O gradeamento foi outro aspecto que apresentou problemas. A mistura

entre solo e emulsão não se tornou homogênea, apresentando porções de cor

negra e porções de solo que não conseguiram ser misturadas adequadamente,

apesar de a grade de discos ter passado quatro vezes, ida e volta, pela pista.

202

A cada nova passada do distribuidor, é imperativo o controle da umidade

da pista. Na ocasião, foi padronizada a seguinte seqüência: série de passadas

do distribuidor - série de passadas da grade de discos - medida de umidade.

Assim, o executor pode acompanhar amiúde a evolução da umidade rumo à

umidade ótima do solo.

Deve-se ter a precaução de se umedecer antes da mistura as lâminas da

grade de disco com óleo diesel ou outro produto que impeça a aderência do

solo estabilizado, para facilitar a operação de limpeza e manutenção do

equipamento quando do término do serviço.

Quando a umidade de compactação medida pelo aparelho Speedy atingir a

umidade ótima, passa-se à regularização da camada com a motoniveladora

preparando para a fase de compactação. As FIG 7.11 a 7.13 apresentam fotos

relativas a esta fase.

FIG. 7.11 Aplicação da emulsão diluída ao solo

FIG. 7.12 Mistura do solo e emulsão, com a grade de discos

203

FIG. 7.13 Aspecto final da camada de solo estabilizado

f) Compactação do solo estabilizado

Para a compactação são utilizados rolos compactadores corrugados e

lisos, como para solos puros, e o controle é feito também pela massa

específica aparente seca (MEAS).

A FIG 7.14 mostra a operação de compactação feita na pista, apenas com

rolo compactador corrugado vibratório, e a FIG 7.15 mostra aspecto do

resultado final após compactado, dando ênfase à pouca dispersão da emulsão

na massa de solo.

FIG. 7.14 Compactação da camada de solo-emulsão

204

FIG. 7.15 Aspecto da superfície da pista

DESEMPENHO DA CAMADA

Logo após a compactação, a camada apresentou sinais de que estava no

ramo úmido. A superfície, pela ausência do rolo liso, apresentou um

acabamento não adequado. O CAP da emulsão ficou irregularmente disperso

pelo pavimento, o que evidencia que não houve uma boa homogeneização. Era

possível ver aglomerados de polímero da emulsão dispersos, aparentemente

levando a supor que o CAP residual se separou do polímero, formando uma

espécie de “solo emborrachado” disperso na massa de solo, como mostrado na

FIG 7.16. Vale lembrar que a emulsão estava estocada a dois meses.

FIG. 7.16 Detalhe de grumos de borracha em porção de solo-emulsão

205

Após a aplicação, durante uma semana alternaram-se no local chuvas

intensas e dias de sol, o que levou a camada a apresentar trincas de retração

espalhadas por toda sua extensão, salpicadas por porções mais escuras

oriundas da adição da emulsão, como se verifica nas FIG 7.17 e 7.19.

Estas trincas, que podem inviabilizar o uso do solo-emulsão sem a camada

de rolamento, foram descritas por NOGAMI e VILLIBOR (1995) como sendo

típicas de solos finos lateríticos, como mostrado na FIG 7.18. Para estes casos,

é recomendada a utilização da tecnologia descrita por estes autores para

apropriada proteção e cobertura destas trincas.

FIG. 7.17 Aspecto da superfície da pista, após 7 dias.

FIG. 7.18 Trincas de retração típicas de solos lateríticos (NOGAMI e

VILLIBOR, 1995)

206

FIG. 7.19 Aspecto geral da pista, após 7 dias.

CONCLUSÃO:

Pela ausência de controle laboratorial mais apurado, o experimento não

serviu como critério quantitativo de avaliação da execução do solo-emulsão.

Entretanto, considera-se que a pista foi um sucesso do ponto de vista do

treinamento de uma equipe que nunca havia aplicado uma técnica semelhante,

além de entender a “dimensão” dos problemas ao sair da escala de laboratório

para a escala de campo.

Como já observado no capítulo 4, o solo-emulsão tem melhor desempenho

para solos granulares. A respeito disso, MATTOS et al. (1991) concluiram que

“somente os solos arenosos são estabilizáveis com emulsão asfáltica”. O autor

deste trabalho acredita que a estabilização de solos mais finos, como foi o caso

do experimento, é possível, mas deve ser cuidadosamente avaliada se é viável

gastar uma quantidade grande de estabilizante para que o resultado seja

satisfatório, além das condições operacionais de aplicação e principalmente de

mistura serem mais difíceis.

Caso só se tenha este solo disponível pode-se fazer uma combinação de

207

tratamentos, por exemplo, solo-cal-emulsão ou solo-cimento-emulsão, ou ainda

a combinação de uma estabilização granulométrica com emulsão asfáltica.

Neste trabalho, não se obteve uma mistura homogênea entre solo e

emulsão, mesmo com quatro passadas da grade de discos por aplicação.

Devem ser buscadas alternativas como o pulvimisturador ou outro equipamento

adaptado que possibilite uma mistura mais íntima entre esses produtos ou em

obras menores até o uso de grades agrícolas de menor produtividade, mas às

vezes mais eficiente, como utilizado por MOREIRA (2006).

O controle de umidade, tal como na compactação de solos puros, deve ser

feita com cuidado por parte do executante. Por precaução, a cada aplicação e

mistura de emulsão, deve ser feito uma medição de umidade pelo Speedy.

As FIG 7.20 a 7.22 mostra uma evolução da pista feita sob um mesmo

ângulo: com idades respectivas de algumas horas após à compactação, uma

semana após à compactação e dois meses após a compactação.

FIG. 7.20 Aspecto comparativo da pista, logo após a compactação.

208

FIG. 7.21 Aspecto comparativo da pista, após 7 dias.

FIG. 7.22 Aspecto comparativo da pista, após 2 meses.

209

7.2 ROTEIRO PARA UMA APLICAÇÃO DE CAMPO

210

Com o intuito de apresentar uma sugestão de dosagem para execução do

solo-emulsão em campo, é apresentado uma seqüência de execução tendo por

base a estrutura mostrada na FIG 7.23

FIG. 7.23 Estrutura - exemplo.

Para isso foram consideradas as seguintes premissas para este exemplo:

• Sub-Leito: Solo A;

• Base: Solo A, estabilizado com emulsão asfáltica RL-1C;

• Imprimação: CM-30;

• Revestimento primário: Tratamento anti-pó.

Seja estabilizar uma base de 10 centímetros, com o Solo A, de uma via

com 100 metros de pista e 7 metros de plataforma.

O primeiro passo é a dosagem em laboratório. Por exemplo, para o solo A

deste estudo, de acordo com a FIG 4.5, o teor de 2% RL-1C leva o solo à RCS

máxima, sendo por isto escolhido. A umidade ótima é de 12%.

Supõe-se que a caracterização da emulsão RL-1C em campo mostre que o

ligante possui 62% de CAP. Supõe-se também que o Solo A seja encontrado

na jazida com uma umidade de 5%, tem-se que o volume de solo a ser

estabilizado (produto de 100m por 7m por 10 centímetros) é de 70 m3.

De acordo com a FIG 4.3, a MEAS encontrada é de 1900 kg/m3,

perfazendo uma massa de solo seco de 133 toneladas.

Calcula-se então a quantidade de emulsão e de água a serem

acrescentadas ao solo seco:

211

∆h = 12 % (umidade ótima) – 5 % (umidade natural) = 7 %.

Pa = 133000 kg X 0,07 = 9310 kg (água total a acrescentar)

Em= 133000 kg X 0,02 = 2660 kg emulsão a ser acrescentada.

A diluição é uma parte de emulsão para uma parte de água: isso leva a

2660 kg de água que deve ser acrescentada à emulsão antes da aplicação na

pista. Esta água é a água de diluição.

Para cálculo da água de compactação, a ser acrescentada ao solo antes

da adição da emulsão diluída, é preciso calcular a água contida na emulsão.

Essa quantidade é obtida através de ensaios de resíduo da destilação ou de

resíduo por aquecimento. Como a emulsão possui 38% de água, deduz-se que

2660 kg de emulsão contêm 1011 kg de água.

Assim, o distribuidor de asfalto deverá ser cheio com 2660 kg de água e

2660 kg de emulsão, totalizando 5320 kg de emulsão diluída.

Deduzindo-se a água já contida (5% de umidade quando o solo é

encontrado na jazida) e a água de diluição a ser acrescentada na emulsão,

tem-se a seguinte quantidade de água a ser acrescentada ao solo antes de se

acrescentar o ligante na massa de solo:

Pcomp = 9310 kg – 2660 – 1011 = 5639 kg água

A umidade onde a emulsão diluída deve ser acrescentada ao solo, é dada

pela soma da água já contida no solo por ocasião de sua exploração com a

água encontrada anteriormente:

Hparada = (5639 /133000) + 5% = 4,24% + 5 % = 9,24 %

O teor de umidade desta camada deve chegar a 12 %, já o teor de fluidos (

água + emulsão a ser acrescentada) é dado por:

%14%5)133000

26609310(sec

=++

=+

=osolo

emulsãoáguaF

212

Para um segundo exemplo, será repetido o mesmo caso, mas com o teor

de 4% RL-1C sendo acrescentado ao solo. Assim, a quantidade de emulsão a

ser acrescentada é dada por:

Em= 133000 kg X 0,04 = 5320 kg emulsão a ser acrescentada.

Consequentemente deverão ser acrescentados 5320 kg de água à

emulsão. A água já contida na emulsão pura - 38% de 5320 kg – é de 2022 kg

de água. O distribuidor de asfalto deverá ser cheio então com 5320 kg de

emulsão e 5320 kg de água, totalizando 10640 kg de emulsão diluída.

Deduzindo-se a água já contida (5% de umidade quando o solo é

encontrado na jazida) e a água de diluição a ser acrescentada na emulsão,

tem-se a seguinte quantidade de água a ser acrescentada ao solo antes de se

acrescentar o ligante na massa de solo, neste novo caso.

Pcomp = 9310 kg – 5320 – 2022 = 1938 kg água

A umidade onde a emulsão diluída deve ser acrescentada ao solo, é dada

pela soma da água já contida no solo por ocasião de sua exploração com a

água encontrada anteriormente:

Hparada = (1938 /133000) + 5% = 1,48% + 5 % = 6,48 %

O teor de umidade desta camada deverá ser de 12 %, já o teor de fluidos (

água + emulsão a ser acrescentada) é dado por:

%16%5)133000

53209310(sec

=++

=+

=osolo

emulsãoáguaF

A razão de se encontrar todas estas quantidade se explica na sistemática

de execução do solo-emulsão. O esquema abaixo ilustra melhor os passos a

serem considerados para esta seqüência, com a base no primeiro exemplo:

• Carga e transporte do material a ser estabilizado para o local (70

m3);

• Espalhamento, umedecimento próximo da umidade ótima e

213

homogeneização com grade de discos;

• Quando a umidade estiver próxima a 10% (umidade de parada),

aplicação de 1690 kg de emulsão diluída à camada de solo;

• Homogeneização e tombamento do material, com grade de discos e

motoniveladora;

• Medida de umidade com o Speedy: o valor de umidade deve ser

próximo de 11 %;

• Aplicação de mais 1690 kg de emulsão diluída;

• Homogeneização e tombamento do material;


próximo de 12 %;

• Aplicação do restante da emulsão diluída – 1690 kg;

• Homogeneização, espalhamento e conformação de greide;


pouco acima de 12 %;

• Compactação com rolo de pneu;

• Verificação da massa específica aparente in situ ;

• Acabamento com rolo liso;

• Varredura da base, para aplicação do revestimento;

• Imprimação da base com CM-30;

• Execução de tratamento superficial.

214

7.3 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE MÓDULO DE RESILIÊNCIA DE

SOLOS

215

100

1000

0,01

0,1

1σ 3

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Solo

A +

2 %

RL

Solo

A +

4 %

RL

Solo

A +

6 %

RL

Solo

A +

8 %

RL

Solo

A 7

dia

s

216

100

1000

0,01

0,1

1σ d

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Solo

A +

2 %

RL

Solo

A +

4 %

RL

Solo

A +

6 %

RL

Solo

A +

8 %

RL

Solo

A 7

dia

s

217

100

1000

0,1

1θ

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Solo

A +

2 %

RL

Solo

A +

4 %

RL

Solo

A +

6 %

RL

Solo

A +

8 %

RL

Solo

A 7

dia

s

218

A PURO A 7 DIAS PURO

A + 2 % RL – 7 DIAS A + 4 % RL – 7 DIAS

A + 6 % RL – 7 DIAS A + 8 % RL – 7 DIAS

219

100

1000

0,01

0,1

1σ 3

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Sol

o A

+ 2

% R

MSo

lo A

+ 4

%R

M

Solo

A +

6 %

RM

Solo

A +

8 %

RM

Solo

A 7

dia

s

220

100

1000

0,01

0,1

1

σ d (M

Pa)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Solo

A +

2 %

RM

Solo

A +

4 %

RM

Solo

A +

6 %

RM

Solo

A +

8 %

RM

Solo

A 7

dia

s

221

100

1000

0,1

1θ

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Sol

o A

+ 2

% R

MSo

lo A

+ 4

%R

M

Solo

A +

6 %

RM

Solo

A +

8 %

RM

Solo

A 7

dia

s

222


A + 2 % RM – 7 DIAS A + 4 % RM - 7 DIAS

A + 6 % RM – 7 DIAS A + 8 % RM – 7 DIAS

223

100

1000

0,01

0,1

1σ

3 (M

Pa)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Solo

A +

2 %

RL

Solo

A +

4 %

RL

Solo

A +

6 %

RL

Solo

A +

8 %

RL

Solo

A 2

8 di

as

224

100

1000

0,01

0,1

1σ d

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Solo

A +

2 %

RL

Solo

A +

4 %

RL

Solo

A +

6 %

RL

Solo

A +

8 %

RL

Solo

A 2

8 di

as

225

100

1000

0,1

1θ

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Solo

A +

2 %

RL

Solo

A+

4 %

RL

Solo

A +

6 %

RL

Solo

A +

8 %

RL

Solo

A 2

8 di

as

226


A + 2 % RL – 28 DIAS A + 4 % RL – 28 DIAS

A + 6 % RL – 28 DIAS A + 8 % RL – 28 DIAS

227

100

1000

0,01

0,1

1σ

3 (M

Pa)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Solo

A +

2 %

RM

Solo

A +

4 %

RM

Solo

A +

6 %

RM

Solo

A +

8 %

RM

Solo

A 2

8 di

as

228

100

1000

0,01

0,1

1σ d

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Solo

A +

2 %

RM

Solo

A +

4 %

RM

Solo

A +

6 %

RM

Solo

A +

8 %

RM

Solo

A 2

8 di

as

229

100

1000

0,1

1θ

(MP

a)

MR (MPa)

Solo

A p

uro

Solo

A +

2 %

RM

Solo

A +

4 %

RM

Solo

A +

6 %

RM

Solo

A +

8 %

RM

Solo

A 2

8 di

as

230


A + 2 % RM – 28 DIAS A + 4 % RM – 28 DIAS

A + 6 % RM – 28 DIAS A + 8 % RM – 28 DIAS

231

100

1000

0,01

0,1

1σ 3

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

B p

uro

Solo

B +

2 %

RL

Solo

B +

4 %

RL

Solo

B +

6 %

RL

Solo

B +

8 %

RL

Solo

B 7

dia

s

232

100

1000

0,01

0,1

1σ d

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

B p

uro

Solo

B +

2 %

RL

Solo

B +

4 %

RL

Solo

B +

6 %

RL

Solo

B +

8 %

RL

Solo

B 7

dia

s

233

100

1000

0,1

1θ

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

B p

uro

Solo

B +

2 %

RL

Solo

B +

4 %

RL

Solo

B +

6 %

RL

Solo

B +

8 %

RL

Solo

B 7

dia

s

234

B PURO B 7 DIAS PURO

B + 2 % RL – 7 DIAS B + 4 % RL – 7 DIAS

B + 6 % RL – 7 DIAS B + 8 % RL – 7 DIAS

235

100

1000

0,01

0,1

1σ 3

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

B p

uro

Solo

B +

2 %

RM

Solo

B +

4 %

RM

Solo

B +

6 %

RM

Solo

B +

8 %

RM

Solo

B 7

dia

s

236

100

1000

0,01

0,1

1σ d

(M

Pa)

MR (MPa)

Solo

B p

uro

Solo

B +

2 %

RM

Solo

B +

4 %

RM

Solo

B +

6 %

RM

Solo

B +

8 %

RM

Solo

B 7

dia

s

237

100

1000

0,1

1θ

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

B p

uro

Solo

B +

2 %

RM

Solo

B +

4 %

RM

Solo

B +

6 %

RM

Solo

B +

8 %

RM

Solo

B 7

dia

s

238


B + 2 % RM – 7 DIAS B + 4 % RM – 7 DIAS

B + 6 % RM – 7 DIAS B + 8 % RM – 7 DIAS

239

100

1000

0,01

0,1

1

σ 3 (M

Pa)

MR (MPa)

Sol

o B

pur

oS

olo

B +

2 %

RL

Sol

o B

+ 4

%R

LS

olo

B +

6 %

RL

Sol

o B

+ 8

% R

LS

olo

B 2

8 di

as

240

100

1000

0,01

0,1

1

σ d (M

Pa)

MR (MPa)

Sol

o B

pur

oS

olo

B +

2 %

RL

Sol

o B

+ 4

% R

LS

olo

B +

6 %

RL

Sol

o B

+ 8

% R

LS

olo

B 2

8 di

as

241

100

1000

0,1

1

θ (M

Pa)

MR (MPa)

Sol

o B

pur

oS

olo

B +

2 %

RL

Sol

o B

+ 4

% R

LS

olo

B +

6 %

RL

Sol

o B

+ 8

% R

LS

olo

B 2

8 di

as

242


B + 2 % RL – 28 DIAS B + 4 % RL – 28 DIAS

B + 6 % RL – 28 DIAS B + 8 % RL – 28 DIAS

243

100

1000

0,01

0,1

1

σ 3 (M

Pa)

MR (MPa)

Sol

o B

pur

oS

olo

B +

2%R

MS

olo

B+4

%R

MS

olo

B +

6%R

MS

olo

B +

8%R

MS

olo

B 2

8 di

as

244

100

1000

0,01

0,1

1

σ d (M

Pa)

MR (MPa)

Sol

o B

pur

oS

olo

B +

2 %

RM

Sol

o B

+ 4

% R

MS

olo

B +

6%R

MS

olo

B +

8%

RM

Sol

o B

28

dias

245

100

1000

0,1

1 θ

(MPa

)

MR (MPa)

Sol

o B

pur

oS

olo

B +

2 %

RM

Sol

o B

+ 4

% R

MS

olo

B +

6%R

MS

olo

B +

8%

RM

Sol

o B

28

dias

246


B + 2 % RM – 28 DIAS B + 4 % RM – 28 DIAS

B + 6 % RM -28 DIAS B + 8 % RM – 28 DIAS

247

100

1000

0,01

0,1

1 σ

3 (M

Pa)

MR (MPa)

Solo

C p

uro

Solo

C +

2 %

RL

Solo

C +

4 %

RL

Solo

C +

6 %

RL

Solo

C +

8 %

RL

Solo

C 7

dia

s

248

100

1000

0,01

0,1

1σ d

(MPa

)

MR (MPa)

Solo

C p

uro

Solo

C +

2 %

RL

Solo

C +

4 %

RL

Solo

C +

6 %

RL

Solo

C +

8 %

RL

Solo

C 7

dia

s

249

100

1000

0,1

1θ

(MPa

)

MR (MPa)

Sol

o C

pur

oS

olo

C +

2 %

RL

Sol

o C

+ 4

% R

LS

olo

C +

6 %

RL

Sol

o C

+ 8

% R

LS

olo

C 7

dia

s

250

C PURO C 7 DIAS PURO

C + 2 % RL – 7 DIAS C + 4 % RL – 7 DIAS

C + 6 % RL – 7 DIAS C + 8 % RL – 7 DIAS

251

7.4 RESULTADOS DAS PLANILHAS DE ANÁLISE MECANÍSTICA

REALIZADAS PELO FEPAVE2

252

COPPE - UFRJ

Planilha FEPAVEPor Filipe Franco em 6/Maio/2004

Dados PrincipaisPROJETO: Estrutura I

ANÁLISE: Modo DeterminísticoTENSÕES GRAVS: Não ConsiderarUNIDADES: kgf, m, MPa

SIMULAÇÃO #: Realizada em 10 dez 2006 às 10:08:01h - FEPAVE - Proj0047TEMPO PROC: 2,70 seg

EstruturaCAMADA ESPESSURA m DENSIDADE kgf/cm³ POISSON MODELO K1 K2 K3 K4 MÓDULO MPa

1 0,02 0 0 3 0 0 0 0 5002 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0

CarregamentoTipo: Eixo Rodoviário Padrão

Pressão de Contato da Carga: 0,56 MPaRaio da Área de Contato: 0,108 m

Resumo dos Resultados de Tensões e Deformações

Deflexão: -39,02965 centésimo de mmDeformação Específica de Tração: -0,0005097Diferença de Tensões no Revestimento: 0,2529171 MPaTensão Vertical no Subleito: 0,5772837 MPaTensão no Revestimento: 0,3281538 MPaTensão Vertical - 2 Rodas 0,5811 0,031 MPa

253

COPPE - UFRJ


Dados PrincipaisPROJETO: Estrutura II - 5 cm de base de solo-emulsão




1 0,02 0 0 3 0 0 0 0 5002 0,05 0 0 7 628 0,2 -0,23 0 03 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0





254

COPPE - UFRJ


Dados PrincipaisPROJETO: Estrutura II - 10 cm de base de solo-emulsão




1 0,02 0 0 3 0 0 0 0 5002 0,1 0 0 7 628 0,2 -0,23 0 03 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0





255

COPPE - UFRJ


Dados PrincipaisPROJETO: Estrutura II - 15 cm de base com solo-emulsão




1 0,02 0 0 3 0 0 0 0 5002 0,15 0 0 7 628 0,2 -0,23 0 03 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0





256

COPPE - UFRJ


Dados PrincipaisPROJETO: Estrutura III - 5 cm revestimento primário com solo-emulsão




1 0,05 0 0 3 0 0 0 0 7042 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0




Deflexão: -37,15065 centésimo de mmDeformação Específica de Tração: 0,0002435Diferença de Tensões no Revestimento: 0,5366182 MPaTensão Vertical no Subleito: 0,4403659 MPaTensão no Revestimento: -0,0683826 MPaTensão Vertical - 2 Rodas 0,443 0,1275 MPa

257

COPPE - UFRJ






1 0,1 0 0 3 0 0 0 0 7042 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0





258

COPPE - UFRJ






1 0,15 0 0 3 0 0 0 0 7042 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0





259

7.5 PORTOFLIO DE FOTOGRAFIAS DE MEV REALIZADAS NESTE

TRABALHO

260

261

262

263

264

8 ANEXO

265

8.1 RESUMO DOS PRINCIPAIS TRABALHOS APRESENTADOS SOBRE

SOLO-EMULSÃO

266

17°

RA

Pv

18°

RA

Pv

18°

RA

Pv

23°

RA

Pv

1982

1983

1983

1988

Ens

aios

rea

lizad

os e

par

âmet

ros

prin

cipa

is d

e an

ális

e de

res

istê

ncia

Com

pact

ação

; RC

S; R

TI

Com

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ação

; RC

SE

nsai

os tr

iaxi

ais

está

ticos

UU

Prin

cipa

lmen

te, e

nsai

os d

e C

BR

Aut

or d

a pe

squi

saLU

CE

NA

et a

l.(19

82)

Sol

o ut

iliza

do

Em

ulsã

o ut

iliza

da

Títu

lo d

o ar

tigo

"Uso

de

emul

são

catiô

nica

na

esta

biliz

ação

de

solo

s la

terí

ticos

"

Pub

licaç

ão e

m:

Util

izaç

ão d

e es

tufa

par

a si

mul

ação

de

rupt

ura

de e

mul

são?

?

Pro

cedi

men

to d

e m

istu

ra

Pro

cedi

men

to d

e cá

lcul

o do

s m

ater

iais

Mol

dage

m d

o co

rpo

de p

rova

Teo

res

de e

mul

são

ensa

iado

s (

além

do

teor

de

0 %

de

emul

são)

Tem

po e

ntre

a m

istu

ra e

a

com

pact

ação

( s

ecag

em a

o ar

)

Tem

po e

ntre

a c

ompa

ctaç

ão e

a r

uptu

ra

Cor

po d

e pr

ova

utili

zado

e ti

po d

e co

mpa

ctaç

ão

4 tip

os d

e so

los

late

rític

os: 1

gr

anul

ar e

três

plá

stic

os2

tipos

de

RM

-1C

de

visc

osid

ades

di

fere

ntes

Pro

ctor

nor

mal

de

diâm

etro

de

10

cm e

altu

ras

de 1

3 e

20 c

m

Em

rel

ação

ao

peso

sec

o de

sol

o

2, 4

, 6 %

em

rel

ação

ao

peso

sec

o de

sol

o

Com

pact

ação

imed

iata

apó

s m

istu

ra

Rup

tura

do

corp

o de

pro

va a

pós

7 di

as d

e co

mpa

ctad

o

Não

Hom

ogen

eiza

ção

do s

olo;

Adi

ção

de

água

à e

mul

são

na p

ropo

rção

de

1:1

ante

s da

mis

tura

ao

solo

; Adi

ção

de

uma

part

e da

águ

a de

mol

dage

m a

o so

lo a

ntes

da

adiç

ão d

a em

ulsã

o;

Adi

ção

da e

mul

são

ao s

olo

em d

uas

ou tr

ês v

ezes

, até

atin

gir

uma

mas

sa h

omog

ênea

.

2,4,

6 e

8 %

par

a R

CS

; 2 e

4 %

par

a os

RT

I

Com

pact

ação

imed

iata

apó

s m

istu

ra

Rup

tura

do

corp

o de

pro

va a

pós

7 di

as d

e co

mpa

ctad

o

Não

MO

MM

(19

83)

"Uso

de

emul

são

catiô

nica

na

esta

biliz

ação

de

solo

s"

Sol

o ar

enos

o fin

o, c

lass

ifica

do

com

o A

-3

Não

des

crita

Pro

ctor

Mod

ifica

do c

om C

P d

e 5

x 10

cm

diâ

met

ro

5 te

ores

de

umid

ade

de m

olda

gem

pa

ra c

ada

teor

de

emul

são;

5 C

P

para

cad

a te

or d

e um

idad

e;

4 te

ores

de

umid

ade

de m

olda

gem

pa

ra c

ada

teor

de

emul

são;

3 C

P

para

cad

a te

or d

e um

idad

e;

Hom

ogen

eiza

ção

do s

olo

com

ág

ua a

té a

um

idad

e de

term

inad

a;

Adi

cion

a-se

em

ulsã

o e

hom

ogen

iza-

se m

anua

lmen

te,

para

em

seg

uida

oco

rrer

a

com

pact

ação

do

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Um

A-2

-4 e

um

A-7

-6

Em

rel

ação

ao

peso

sec

o de

sol

o

Env

oltó

ria d

e ru

ptur

a co

m

pres

sões

de

0,20

0 e

400

Kpa

; 4

CP

par

a ca

da te

or d

e em

ulsã

o;

2 e

4 %

.

Com

pact

ação

imed

iata

apó

s m

istu

ra

Rup

tura

do

corp

o de

pro

va a

pós

7 di

as d

e co

mpa

ctad

o

Não

2 tip

os d

e R

M-1

C d

e vi

scos

idad

es d

ifere

ntes

Pro

ctor

Nor

mal

e m

olda

dos

para

ens

aios

tria

xiai

s es

tátic

os

"Pro

prie

dade

s de

res

istê

ncia

ao

cisa

lham

ento

de

solo

s la

terí

ticos

est

abili

zado

s co

m

emul

são

catiô

nica

RM

-1C

""E

stab

iliza

ção

de s

olos

com

be

tum

e -

técn

icas

de

exec

ução

"

GU

AR

ÇO

NI

et a

l. (1

988)

AR

AÚ

JO e

t al.(

1983

)

RM

- 1C

. Opt

ou-s

e po

r se

usa

r ta

mbé

m s

omen

te a

sol

ução

5 so

los

plás

ticos

late

rític

os

Mol

dage

m n

a um

idad

e ót

ima

de c

ada

teor

de

mis

tura

sol

o-em

ulsã

o;

Com

pact

ação

imed

iata

apó

s m

istu

ra

Pro

ctor

Nor

mal

2,4,

6,8,

10,1

2,14

e 1

5 %

de

em

ulsã

o e

de s

oluç

ão a

quos

a

Em

alg

uns

caso

s, r

uptu

ra

imed

iata

; em

out

ros,

rup

tura

ap

ós 7

dia

s de

com

pact

ado

Em

rel

ação

ao

peso

sec

o de

so

loE

m r

elaç

ão a

o pe

so s

eco

de

solo

Hom

ogen

eiza

ção

do s

olo;

A

diçã

o de

águ

a à

emul

são;

M

istu

ra d

a em

ulsã

o ao

sol

o at

é ho

mog

enei

zar;

Ant

es d

a m

olda

gem

o m

ater

ial e

ra p

osto

em

um

rec

ipie

nte

cobe

rto

por

algu

ns m

inut

os;

Não

des

crito

Sim

, em

alg

uns

caso

s. E

m

outr

os, o

CP

era

sub

met

ido

a pe

rda

cont

rola

da d

e um

idad

e

267

25 R

AP

v25

° R

AP

v26

° R

AP

v36

° R

AP

v19

9119

9119

9220

05

Ens

aios

rea

lizad

os e

par

âmet

ros

prin

cipa

is d

e an

ális

e de

res

istê

ncia

Pri

ncip

alm

ente

, en

saio

s de

C

BR

Com

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ação

; R

CS

, e

ensa

ios

de

desg

aste

Com

pact

ação

e R

CS

,C

ompa

ctaç

ão e

RC

S,

Hom

ogen

eiza

ção

do s

olo;

A

diçã

o de

águ

a à

emul

são;

M

istu

ra d

a em

ulsã

o ao

sol

o at

é ho

mog

enei

zar;

Até

a

com

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ação

, o

solo

sol

to e

ra

post

o ao

ar

para

cur

a;

Em

bora

não

rel

atad

o, d

eve

ter

havi

do:

hom

ogen

eiza

ção

do s

olo,

ad

ição

de

água

à e

mul

são

e

mis

tura

da

emul

são

ao s

olo

até

hom

ogen

eiza

r;

Sim

; A

out

ra m

etad

e do

s C

P f

oi

post

o em

est

ufa

à 40

° C

até

se

cage

m c

ompl

eta

Em

rel

ação

ao

peso

sec

o de

sol

oE

m r

elaç

ão a

o pe

so s

eco

de s

olo

2,4,

6 e

8 %

Na

met

ade

dos

CP

a r

uptu

ra f

oi

imed

iata

, lo

go a

pós

a co

mpa

ctaç

ão;

Rup

tura

do

corp

o de

pro

va a

pós

7 di

as d

e co

mpa

ctad

o

Sim

; A

out

ra m

etad

e do

s C

P f

oi

post

o em

est

ufa

à 40

° C

até

se

cage

m c

ompl

eta

Não

5,7e

9 %

Hom

ogen

eiza

ção

de 1

,2,

3 e

4 ho

ras

Hom

ogen

eiza

ção

de 1

,2,

3 e

4 ho

ras

Um

sol

o A

-2-4

gra

nula

rU

ma

arei

a ar

gilo

sa la

terí

tica

e um

a ar

eia

pura

RL-

1CR

L-1C

Pro

ctor

Nor

mal

com

CP

de

10 x

20

cm

diâ

met

roP

roct

or N

orm

al c

om C

P d

e 10

x

20 c

m d

iâm

etro

Mol

dage

m n

a um

idad

e ót

ima

de

cada

teo

r de

mis

tura

sol

o-em

ulsã

o;

Mol

dage

m e

m q

uatr

o um

idad

es

de c

ada

teor

de

mis

tura

sol

o-em

ulsã

o, a

lém

da

umid

ade

ótim

a;

Em

rel

ação

ao

peso

sec

o de

sol

oE

m r

elaç

ão a

o pe

so s

eco

de

solo

Com

pact

ação

imed

iata

apó

s m

istu

raM

uito

s ca

sos

e ex

peri

men

tos

com

rup

tura

im

edia

ta e

apó

s 7

dias

de

Sim

, em

alg

uns

caso

s. E

m

outr

os,

o C

P e

ra s

ubm

etid

o a

perd

a co

ntro

lada

de

umid

ade

Não

des

crito

Com

pact

ação

imed

iata

apó

s m

istu

ra.

Hom

ogen

eiza

ção

de 2

ho

ras

para

os

corp

os d

e C

BR

Hom

ogen

eiza

ção

do s

olo;

Adi

ção

de á

gua

à em

ulsã

o; M

istu

ra d

a em

ulsã

o ao

sol

o at

é ho

mog

enei

zar;

Na

met

ade

dos

CP

a r

uptu

ra f

oi

imed

iata

, lo

go a

pós

a co

mpa

ctaç

ão;

Mol

dage

m n

a um

idad

e ót

ima

de c

ada

teor

de

mis

tura

sol

o-em

ulsã

o;M

olda

gem

na

umid

ade

ótim

a de

ca

da t

eor

de m

istu

ra s

olo-

emul

são;

2,4,

6,8,

10%

de

em

ulsã

o e

de s

oluç

ão a

quos

a2,

3,

4, 5

, 6 e

7 %

Sol

os a

reno

sos

e ar

gilo

sos

Um

sol

o A

-2-4

gra

nula

r e

um A

-7-5

pl

ástic

o

RM

-1C

e R

L-1C

RL-

1C

Pro

ctor

nor

mal

Pro

ctor

Nor

mal

com

CP

de

10 x

20

cm d

iâm

etro

CA

RV

ALH

O e

t al

.(19

92)

JAC

INT

HO

et

al.(

2005

)

"Est

udo

expe

rim

enta

l de

labo

rató

rio

de s

olos

est

abili

zado

s co

m b

etum

e"

"Um

a an

ális

e de

des

gast

e e

de

resi

stên

cia

à co

mpr

essã

o si

mpl

es -

mis

tura

sol

o-be

tum

e"

"Inf

luên

cia

das

prop

ried

ades

fí

sica

s, q

uím

icas

e m

iner

alóg

icas

do

sol

o no

com

port

amen

to d

e m

istu

ras

solo

-em

ulsã

o"

MA

TT

OS

et

al.

(199

1)B

UE

NO

et

al.(

1991

)

"Est

abili

zaçã

o de

sol

o co

m

betu

me"

Cor

po d

e pr

ova

utili

zado

e t

ipo

de

com

pact

ação

Pro

cedi

men

to d

e cá

lcul

o do

s m

ater

iais

Mol

dage

m d

o co

rpo

de p

rova

Teo

res

de e

mul

são

ensa

iado

s (

além

do

teor

de

0 %

de

emul

são)

Tem

po e

ntre

a m

istu

ra e

a

com

pact

ação

( s

ecag

em a

o ar

)

Tem

po e

ntre

a c

ompa

ctaç

ão e

a r

uptu

ra

Util

izaç

ão d

e es

tufa

par

a si

mul

ação

de

rupt

ura

de e

mul

são?

?

Pro

cedi

men

to d

e m

istu

ra

Aut

or d

a pe

squi

sa

Sol

o ut

iliza

do

Em

ulsã

o ut

iliza

da

Tít

ulo

do a

rtig

o

Pub

licaç

ão e

m:

Documents

COMPORTAMENTO DE SOLOS DO ESTADO DO RIO DE …transportes.ime.eb.br/DISSERTAÇÕES/DIS225.pdf · Ao Professor e Co-orientador M. Sc. Álvaro Vieira, meu primeiro professor de laboratório