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

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1 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; Prof o. Laura Maria Goretti da Motta D. Sc; Cel R/1 Álvaro Vieira M. Sc. Rio de Janeiro

2 c2006 INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA Praça General Tibúrcio, 80 Praia Vermelha. Rio de Janeiro RJ CEP: 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 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, p.: il. Dissertação (mestrado) Instituto Militar de Engenharia Rio de Janeiro, Estabilização de solos. 2. Pavimentação. 3. Mecânica dos solos. I. Título. II. Instituto Militar de Engenharia. CDD

3 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. Orientador: Prof o. José Renato Moreira da Silva de Oliveira D. Sc a Prof a. Laura Maria Goretti da Motta D. Sc. Co-orientador: Prof o. 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

4 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. 4

5 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 5

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 Dr a 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 diaa-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. 6

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. 7

8 Então Ele me disse: A minha graça te basta; porque o poder se aperfeiçoa na fraqueza II Corintios 12:9a 8

9 SUMÁRIO LISTA DE ILUSTRAÇÕES...11 LISTA DE TABELAS...14 LISTA DE SIGLAS...18 LISTA DE SIMBOLOS INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOLO ESTABILIZADO Considerações iniciais Estabilização mecânica Estabilização granulométrica Estabilização química Definição Efeitos da estabilização no solo Solo-cimento Solo-cal Materiais não convencionais EMULSÃO ASFÁLTICA Produção e descrição de emulsões Clasificação das emulsões MECÂNICA DOS PAVIMENTOS O conceito de resiliência Ensaio triaxial dinâmico Características resilientes de solos O SOLO-BETUME Histórico da estabilização solo-betume A físico-química do solo-emulsão Premissas básicas do sistema solo-betume-agua Mecanismo físico-químico do solo-emulsão Propriedades inerentes ao solo-emulsão: O solo a ser estabilizado A emulsão a ser usada Aditivos à mistura Dosagem do solo-emulsão

10 2.5 NOÇÕES DE ESTATÍSTICA APLICADA Planejamento de experimentos Réplica: Aleatorização: Blocagem Roteiro para planejamento de experimentos Análise estatística de resultados Regressão simples Regressão múltipla MATERIAIS E MÉTODOS SOLOS Introdução Descrição dos solos adotados Coleta e preparação das amostras Caracterização química Microscópio eletrônico de varredura EMULSÕES ASFÁLTICAS Descrição das emulsões usadas neste estudo Coleta e preparação das amostras PROCEDIMENTO DE MISTURA SOLO-EMULSÃO ENSAIOS DE MISTURAS SOLO-EMULSÃO Ensaio de resistência à compressão simples: Ensaio de resistência à tração indireta Ensaio de módulo de resiliência Ensaios de solos Misturas asfálticas Ensaios de desgaste Introdução LWT (Loaded Wheel Test) WTAT (Wet Track Abrasion Test) APRESENTAÇÃO E ANÁLISES DOS RESULTADOS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DESTE ESTUDO Ensaios de caracterização dos solos Ensaios de caracterização de emulsões deste estudo ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO DESTE ESTUDO PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL Modelo de análise para a compressão simples e para o módulo Modelo de análise para outros ensaios

11 4.4 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES Ensaios de solos puros Ensaios de solos estabilizados Experimento exploratório Detalhamento do experimento do solo A Detalhamento do experimento do solo B Detalhamento do experimento do solo C: Comparação com trabalhos anteriores RESISTÊNCIA À TRAÇAO INDIRETA DOS SOLOS DESTE ESTUDO Ensaios de solos puros Ensaios de solos estabilizados MÓDULO DE RESILIÊNCIA DOS SOLOS DESTE ESTUDO Metodologia de ensaio Modelos de tensão-deformação: Ensaios de solos estabilizados O experimento exploratório Detalhamento do experimento do solo A: Detalhamento do experimento do Solo B: Detalhamento do experimento do Solo C: MÓDULO DE RESILIÊNCIA NA TRAÇÃO DIAMETRAL DOS SOLOS DO ESTUDO MÓDULO DE ELASTICIDADE DOS SOLOS DESTE ESTUDO ENSAIOS DE DESGASTE DOS SOLOS DESTE ESTUDO LWT WTAT CORRELAÇÕES ENCONTRADAS NOS ENSAIOS: MR Versus RCS RCS Versus RTI RCS Versus fatores MR Versus fatores EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO MECANÍSTICO MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA CONSIDERAÇÕES FINAIS: CONCLUSÕES E SUGESTÕES DE PESQUISAS FUTURAS CONCLUSÕES RECOMENDAÇÕES PARA ESTUDOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

12 7 APÊNDICES RELATO DE EXPERIMENTO DE CAMPO ROTEIRO PARA UMA APLICAÇÃO DE CAMPO RESULTADOS DOS ENSAIOS DE MÓDULO DE RESILIÊNCIA DE SOLOS RESULTADOS DAS PLANILHAS DE ANÁLISE MECANÍSTICA REALIZADAS PELO FEPAVE PORTOFLIO DE FOTOGRAFIAS DE MEV REALIZADAS NESTE TRABALHO ANEXO RESUMO DOS PRINCIPAIS TRABALHOS APRESENTADOS SOBRE SOLO-EMULSÃO

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) FIG. 2.1 Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas FIG. 2.2 Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas FIG. 2.3 Classificação das emulsões asfálticas catiônicas, segundo a ABNT- P-EB-472 (PINTO, 1998) FIG. 2.4 Tela de programa de aquisição de dados no equipamento triaxial dinâmico do IME FIG. 2.5 Equipamento triaxial dinâmico do IME 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) 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) FIG. 2.8 Estabilização de uma areia pura com emulsão asfáltica: (a) solo puro; (b) solo + 4 %; (c) solo + 8 %. (JACINTHO et al. 2005) FIG. 2.9 Forças de adesão atuantes entre as fases do solo-emulsão FIG Intervalos de atuação de emulsões aniônicas e catiônicas FIG Representação gráfica dos fatores a, b, c e d da EQ 2.10 na curva granulométrica (KEZDI, 1979) FIG Representação gráfica da EQ 2.12 (KEZDI, 1979) 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 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 FIG.3.5 Detalhe do local de ocorrência do Solo C deste estudo, no DCMun, em Paracambi/RJ

14 FIG. 3.6 Detalhe do local de ocorrência do Solo C deste estudo 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 FIG. 3.9 Aparelho de destilação para caracterizar emulsões asfálticas, do IPR, utilizado neste estudo FIG Aparelho de carga de partícula para emulsões asfálticas, do IPR, utilizado neste estudo FIG Comparação entre (a) gs versus umidade (%) e (b) gs versus teor de fluidos(%) (JACINTHO, 2005) FIG Detalhe da prensa de resistência à compressão simples eletrônica do IME, usada neste estudo FIG Detalhe da tela do sistema da captação de dados do IME, utilizada neste estudo para a RCS FIG. 3.14Exemplo da planilha de cálculo de módulo resiliente do IME FIG Detalhe do equipamento de ensaio de compressão diametral de carga repetida com corpo-de-prova de solo-emulsão, do IME FIG Detalhe da tela de aquisição de dados do ensaio de compressão diametral de carga repetida, do IME FIG Foto do equipamento LWT (Loaded Wheel Test) da COPPE vista de cima - preparado para ensaio de solo FIG Equipamento WTAT (Wet Track Abrasion Test), da COPPE, com camada de solo a ser testada FIG. 4.1 Granulometria dos solos estudados 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 FIG. 4.3 Curva de compactação para os solos estudados FIG. 4.4 Padrão de ruptura encontrado nos ensaios de compressão simples de solos puros FIG. 4.5 Resultados dos ensaios de RCS Solo A + RL FIG. 4.6 Resultado dos ensaios de RCS Solo A + RM FIG. 4.7 Comparação RL versus RM RCS Solo A + 2 % FIG. 4.8 Comparação RL versus RM RCS Solo A + 4 %

15 FIG. 4.9 Comparação RL versus RM RCS Solo A + 6 % FIG Comparação RL versus RM RCS Solo A + 8 % FIG Comparação Ruptura imediata versus Cura úmida RCS Solo A FIG Resultado dos ensaios de RCS Solo B + RL FIG Resultado dos ensaios de RCS Solo B + RM FIG Comparação RL versus RM RCS Solo B + 2 % FIG Comparação RL versus RM RCS Solo B + 4 % FIG Comparação RL versus RM RCS Solo B + 6 % FIG Comparação RL versus RM RCS Solo B + 8 % FIG Comparação Ruptura imediata versus Cura úmida RCS Solo B FIG Resultados de RCS do Solo C + RL FIG Resultados de RTI do Solo A + RL FIG Resultados de RTI do Solo B + RL FIG Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ 3 Solo A puro FIG Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ d Solo A puro FIG Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ Solo A puro FIG Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ 3 Solo B puro FIG Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ d Solo B puro FIG Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ Solo B puro FIG Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ 3 Solo C puro FIG Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ d Solo C puro FIG Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ Solo C puro FIG MR versus σ 3 e σ d Solo A puro FIG MR versus σ 3 e σ d Solo A puro após 7 dias FIG MR versus σ 3 e σ d Solo A puro após 28 dias FIG MR versus σ 3 e σ d Solo B puro FIG MR versus σ 3 e σ d Solo B puro após 7 dias FIG MR versus σ 3 e σ d Solo B puro após 28 dias FIG MR versus σ 3 e σ d Solo C puro FIG MR versus σ 3 e σ d Solo C puro após 7 dias FIG MR versus σ 3, σ d Solo A com 2 % RL-1C cura de 7 dias FIG MR versus σ 3, σ d Solo A com 2 % RL-1C cura de 28 dias FIG MR versus σ 3 - Solo A com cura úmida, sem e com emulsão

16 FIG MR versus σ d Solo A com cura úmida, sem e com emulsão FIG Deformação permanente em ensaio de módulo Solo A (a) cura úmida (b) cura seca FIG MR versus σ 3, σ d Solo B com 4% RL-1C ruptura com 7 dias FIG MR versus σ 3, σ d Solo B com 4% RL-1C ruptura com 28 dias FIG MR versus σ 3 Solo B com cura úmida FIG MR versus σ d Solo B com cura úmida FIG Deformação permanente em ensaio de módulo Solo B (a) cura úmida (b) cura seca FIG Resultados dos ensaios cíclicos de módulo na tração diametral Solo A estabilizado com 7 dias de cura seca FIG Resultados dos ensaios cíclicos de módulo na tração diametral Solo B estabilizado com 7 dias de cura seca FIG Esboço, nesta curva, da obtenção do módulo de elasticidade FIG Resultados do LWT Solo A puro versus Solo A + 2% RL-1C FIG Resultados do LWT Solo B puro versus Solo B + 4% RL-1C FIG Resultados do WTAT Solo A puro versus Solo A + 2% FIG Resultados do WTAT Solo B puro versus Solo B + 4% FIG Detalhe do ensaio de WTAT do Solo B FIG Correlação RCS x k FIG Correlação RCS x k 2, k FIG Correlação RCS VERSUS RTI FIG Esquema dos tipos de estrutura a serem analisados FIG MEV Solo A puro FIG MEV Solo A com 4% RL-1C (Ampliação 500 X) FIG MEV Solo B puro FIG MEV Solo B com 4 % RL-1C (Ampliação 500 X) FIG Parte dos corpos-de-prova ensaiados neste trabalho

17 LISTA DE TABELAS TAB. 2.1 Lista dos ensaios de classificação de solos TAB. 2.2 Ensaios de classificação de emulsões asfálticas TAB. 2.3 Níveis de tensões do ensaio de módulo de resiliência para solos granulares (MEDINA e MOTTA, 2005) TAB. 2.4 Níveis de tensões do ensaio de módulo de resiliência para solos plásticos (MEDINA e MOTTA, 2005) TAB. 2.5 Níveis de tensões da fase de condicionamento do ensaio de módulo de resiliência (MEDINA e MOTTA, 2005) TAB. 2.6 Expressões que relacionam o CBR e o MR (CHAGAS,2004) TAB. 2.7 Requisitos granulométricos e de plasticidade de solos a serem estabilizados segundo várias fontes TAB. 2.8 Parâmetros de dosagem de solo-emulsão em algumas fontes TAB. 3.1 Ensaios de caracterização dos solos TAB. 3.2 Ensaios realizados no IPR TAB. 4.1 Resultados de caracterização dos solos TAB. 4.2 Caracterização química dos solos TAB. 4.3 Caracterização química dos solos Ataque sulfúrico TAB. 4.4 Minerais presentes nos solos Levantamento por meio do TAB. 4.5 Ensaios de caracterização da emulsão RM-1C TAB. 4.6 Ensaios de caracterização da emulsão RL-1C TAB. 4.7 Níveis e fatores trabalhados na pesquisa exploratória TAB. 4.8 Resultados dos ensaios de RCS Solos A, B e C puros TAB. 4.9 Resultados dos ensaios de RCS Solos com cura de 7 dias TAB Resultados dos ensaios de RCS Solos com cura de 28 dias TAB Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com solos de estudo TAB Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com solos de estudo TAB Planilha de resultados do experimento exploratório TAB Plano experimental do detalhamento TAB Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova do solo A TAB Resultados da análise estatística - Solo A + RL-1C Cura 7 dias

18 TAB Resultados da análise estatística- Solo A + RL-1C Cura 28 dias. 115 TAB Resultados da análise estatística- Solo A + RM-1C Cura 7 dias TAB Resultados da análise estatística- Solo A + RM-1C Cura 28 dias. 116 TAB Solo A + RL-1C Cura úmida de 7 dias TAB Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova, para Solo B. 121 TAB Resultados da análise estatística- Solo B + RL-1C Cura 7 dias TAB Resultados da análise estatística- Solo B + RL-1C Cura 28 dias TAB Resultados da análise estatística- Solo B + RM-1C Cura 7 dias TAB Resultados da análise estatística- Solo B + RM-1C Cura 28 dias. 123 TAB Solo B + RL-1C Cura úmida de 7 dias TAB Solo C + RL-1C Cura seca de 7 dias TAB Análise estatística para Solo C + RL-1C Cura de 7 dias TAB Resultados dos ensaios de RTI Solos A e B puros e com 7 dias de secagem ao ar TAB Análise estatística para Solo A + RL-1C Cura de 7 dias TAB Análise estatística para Solo B + RL-1C Cura de 7 dias TAB Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência Solos puros TAB Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência Solos ensaiados após 7 dias de moldagem TAB Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência Solos ensaiados após 28 dias de moldagem TAB Módulo de resiliência parte da planilha de experimento exploratório TAB Planilha de resultados do experimento exploratório do MR TAB Planilha de resultados de módulo do Solo A Modelo composto TAB Planilha de resultados de módulo do Solo A MR versus σ TAB Planilha de resultados de módulo do Solo A MR versus σ d TAB Planilha de resultados de módulo do Solo A MR X θ TAB Planilha de resultados de módulo do Solo B Modelo composto TAB Planilha de resultados de módulo do Solo B MR versus σ TAB Planilha de resultados de módulo do Solo B MR versus σ d TAB Planilha de resultados de módulo do Solo B MR versus θ

19 TAB Planilha de resultados de módulo do Solo C Modelo composto TAB Planilha de resultados de módulo do Solo C MR versus σ TAB Planilha de resultados de módulo do Solo C MR versus σ d TAB Planilha de resultados de módulo do Solo C MR versus θ TAB Módulo de elasticidade de solos puros TAB Módulo de elasticidade do Solo A TAB Módulo de elasticidade do Solo B TAB Módulo de elasticidade do Solo C TAB Peso perdido do corpo-de-prova durante ensaio WTAT TAB Valores dos fatores utilizados na regressão múltipla TAB Resultados de cálculo de parâmetros as alternativas de estruturas calculadas pelo FEPAVE

20 LISTA DE SIGLAS AASHTO ABNT ASTM BECnst CAP CBR CBUQ CENPES COPPE DCMun DNER DNIT IME IPR LVDT LWT MCT MEV PETROBRAS PMF RCD UFRJ WTAT American Association of State Highway and Transportation Associação Brasileira de Normas Técnicas American Society for Testing and Materials Batalhão de Engenharia de Construção Cimento Asfáltico de Petróleo Califórnia Bearing Ratio Concreto betuminoso usinado a quente Centro de Pesquisas da Petrobrás Instituto Alberto Luiz Coimbra de Coordenação de Pós- Graduação e Pesquisa de Engenharia da UFRJ Depósito Central de Munição Departamento Nacional de Estradas de Rodagem Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes Instituto Militar de Engenharia Instituto de Pesquisas Rodoviárias Linear Variable Differential Transformer Loaded Wheel Test Miniatura Compactado Tropical Microscópio Eletrônico de Varredura Petróleo Brasileiro S/A Pré-Misturado a Frio Rejeitos de Construção e Demolição Universidade Federal do Rio de Janeiro Wet Track Abrasion Test 20

21 LISTA DE SIMBOLOS ε t ε r k 1,, k 2, k 3, k 4 K θ σ 1, σ 2, σ 3 σ d σ t Deformação de tração Deformação resiliente Coeficientes das equações de módulo resiliente Constante Invariante de tensões Tensões principais atuantes Tensão desvio atuante Tensão de tração atuante 21

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. 22

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. 23

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. 24

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), dáse 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 soloasfalto 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- 25

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. 26

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 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 físicoquímico 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; 27

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. 28

29 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 SOLO ESTABILIZADO 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): 29

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 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 30

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) 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) ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA 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) EFEITOS DA ESTABILIZAÇÃO NO SOLO Segundo MEDINA e MOTTA (2004), quando se forma a mistura soloestabilizador pode ocorrer que o estabilizador forme ou não uma matriz contínua com solo. Na matriz contínua o agente estabilizador preenche todos 31

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

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 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 33

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 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 solocimento. 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 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 34

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 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 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, 35

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 36

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) 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 37

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

39 FIG. 2.3 Classificação das emulsões asfálticas catiônicas, segundo a ABNT-P- EB-472 (PINTO, 1998) 39

40 2.3 MECÂNICA DOS PAVIMENTOS O CONCEITO DE RESILIÊNCIA O primeiro estudo sistemático da deformabilidade dos pavimentos deve-se ao engenheiro norte-americano Francis Hveem, em 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) 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). 40

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 M R σ d = EQ 2.1 ε r Onde: M R - módulo resiliente, expresso em MPa ou kgf/cm2; σ d - tensão desvio aplicada repetidamente, expresso em MPa ou kgf/cm2; ε r - 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 (σ 3 ) 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 41

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 42

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 (σ 3 e σ d ) 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. TAB. 2.3 Níveis de tensões do ensaio de módulo de resiliência para solos granulares (MEDINA e MOTTA, 2005) σ 3 (kgf/cm2) σ d (kgf/cm2) σ 1 / σ 3 0,210 2,00 0,210 0,420 3,00 0,630 4,00 0,350 2,00 0,350 0,700 3,00 1,050 4,00 0,525 2,00 0,525 1,050 3,00 1,575 4,00 0,700 2,00 0,700 1,400 3,00 2,100 4,00 1,050 2,00 1,050 2,100 3,00 3,150 4,00 1,400 2,00 1,400 2,800 3,00 4,200 4,00 43

44 TAB. 2.4 Níveis de tensões do ensaio de módulo de resiliência para solos plásticos (MEDINA e MOTTA, 2005) σ 3 (kgf/cm2) σ d (kgf/cm2) σ 1 / σ 3 0,210 2,00 0,210 0,350 2,67 0,525 3,50 0,700 4,33 1,050 6,00 1,400 7,67 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 44

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) MR (psi) = 1500 CBR SHELL Green e Hall (1975) MR (psi) = 5409 CBR 0,711 South African Council on Scientific MR (psi) = 3000 CBR 0,65 and Industrial Research (CSIR) Lister (1987) MR (psi) = 2555 CBR 0, 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 45

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): k2 MR = k 1 σ 3 EQ 2.2 MR = k 2 + k 3 (k 1 - σ d ) (σ d < k 1 ) EQ 2.3 MR = k 2 + k 4 (σ d k 1 ) (σ d > k 1 ) EQ 2.4 onde k 1, k 2, k 3, k 4 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 σ 3, σ 2 e σ 1, como mostrado na EQ 2.5. onde MR = k 1 θ k2 EQ 2.5 θ = σ 1 + σ 2 + σ 3 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 bilinear (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: k2 MR = k 1 σ d EQ 2.6 onde k 1, k 2 são constantes determinadas através de regressões múltiplas. 46

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 = k 1 σ k2 k3 3 σ d EQ 2.8 onde k 1, k 2, k 3 são constantes determinadas através de regressões múltiplas. Este modelo ficou conhecido no Brasil como o modelo composto e tornouse 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 47

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 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). 48

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 A FÍSICO-QUÍMICA DO SOLO-EMULSÃO 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 e MATTOS et al. 1991). 49

50 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 físicoquímicas 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) 50

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) 51

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: Vl Dl % l = 100 EQ 2.9 V D s s 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 52

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 devese 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) 53

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). 54

55 2.4.3 PROPRIEDADES INERENTES AO SOLO-EMULSÃO: 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. 55

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 Fonte mm Areias IP máximo de 12 % 25 % máximo YODER e Pedregulhos e IP máximo de 12 % 15 % máximo WITCZAK areias (1975) pedregulhosas Solos finos IP máximo de 18 %; LL máximo de 40 % 35 % máximo Solos em geral IP máximo de 18 %; Entre 10 e 50 % KÉZDI (1979) LL máximo de 40 % Solos em geral IP máximo de 14 % 5 % mínimo VOGT (1971) Solos arenosos 35 % máximo DER 3.07 Solos argilosos IP máximo de 6 %; 35 % máximo (1988) LL máximo de 30 % Materiais britados 15 % máximo ABEDA Solos em geral IP máximo de 8 % 20% máximo (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%; 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 56

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, devese 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- alumínioferro 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 Intervalos de atuação de emulsões aniônicas e catiônicas (WDBG, 2004) 57

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 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 (P 2 O 5 ) pode também ser feita com sucesso (KEZDI, 1979) 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). 58

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 CBR et al. (1991) ARAÚJO et al. (1983) Ensaios triaxiais UU 59

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 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: 60

61 FIG 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 61

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 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; 62

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. 63

64 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 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 64

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 nãocontrolados, 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 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). 65

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 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. 66

67 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= Β 0 + β 1 X + ε EQ 2.12 onde: β 0 = interseção da reta com o eixo Y β 1 = inclinação da reta ε = erro aleatório com média zero e variância σ 2. 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 R 2 que representa a proporção da variação total na variável Y que é explicada pela reta de regressão REGRESSÃO MÚLTIPLA Um modelo de regressão que contenha mais de um regressor (variável independente) é chamado de modelo de regressão múltipla. A variável de 67

68 resposta (ou independente) Y pode estar relacionada a L variáveis independentes e o modelo tem a forma da EQ Y= Β 0 + β 1 X 1 + β 2 X β L X L + ε EQ 2.13 onde: β j, 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 R 2 e R 2 ajustado. 68

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 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. 69

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. 70

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 71

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 72

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 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 73

74 qualquer ensaio, seja ele de caracterização ou para se preparar misturas soloemulsão, 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 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 (SiO 2 ) e de compostos de alumínio (Al 2 O 3 ), de ferro (Fe 2 O 3 ) e de titânio (TiO 2 ); 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, 74

75 é possível prever a maior ou menor facilidade que este solo terá ao se misturar com emulsão, como já mostrado anteriormente no item 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: % SiO2 60 K i =, onde: EQ 3.1 % Al O Ki é a razão sílica- alumina determinada; % SiO 2 é a percentagem de sílica presente na amostra; % Al 2 O 3 é a percentagem de alumina presente na amostra. % SiO2 60 Kr =, onde: EQ 3.2 % Al O % Fe O Kr é a razão sílica- sesquióxidos determinada; % SiO 2 é a percentagem de sílica presente na amostra; % Al 2 O 3 é a percentagem de alumina presente na amostra; %Fe 2 O 3 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). 75

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. 76

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. 77

78 3.2 EMULSÕES ASFÁLTICAS 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 TAB. 3.2 Ensaios realizados no IPR Ensaio de classificação Norma técnica reguladora Ensaio 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. 78

79 FIG Aparelho de carga de partícula para emulsões asfálticas, do IPR, utilizado neste estudo 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 soloágua. 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 79

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), 80

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 Comparação entre (a) gs versus umidade (%) e (b) gs versus teor de fluidos(%) (JACINTHO, 2005) 81

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: Ph Ps = = = 9803g 1+ h 1+ 0,02 Em = 0, = 198,4ml = 198,4g 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. Tratase 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 82

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 ( ) = 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; 83

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-deprova é envolvido em filme de PVC antes de ser colocado na câmara úmida. 3.4 ENSAIOS DE MISTURAS SOLO-EMULSÃO 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 e 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-deprova 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 84

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 Detalhe da prensa de resistência à compressão simples eletrônica do IME, usada neste estudo. 85

86 FIG Detalhe da tela do sistema da captação de dados do IME, utilizada neste estudo para a RCS 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 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. Substituiuse 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 86

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 ENSAIO DE MÓDULO DE RESILIÊNCIA 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. 87

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. 88

89 INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA SEÇÃO DE ENGENHARIA DE FORTIFICAÇÃO E CONSTRUÇÃO - SE-2 LABORATÓRIO DE SOLOS Operador: SOLO A Km/Jazida: amostra 1 Obra: TESTE wot: Energia Normal W(ensaio/mold%): Altura CP: 20 Diâmetro CP: 10 cm σ3 (Mpa) σd (Mpa) V. Médio (mm) D.E.R. M.R. (Mpa) 0,021 0,021 0, , ,021 0,042 0, , ,021 0,062 0, , ,034 0,034 0, , ,034 0,069 0, , ,034 0,103 0, , ,051 0,051 0, , ,051 0,103 0, , ,051 0,154 0, , ,069 0,069 0, , ,069 0,137 0, , ,069 0,206 0, , ,103 0,103 0, , ,103 0,206 0, , ,103 0,309 0, , ,137 0,137 0, , ,137 0,275 0, , ,137 0,412 0, , sigma3(mpa)xmr(mpa) 1000 sigmad(mpa)xmr(mpa) 1000 MR y = 312,08x 0,1214 R 2 = 0, ,01 0,1 1 sigma3 MR y = 222,27x 0,0035 R 2 = 0, ,01 0,1 1 sigmad 10 teta(mpa)xmr(mpa) 1000 MR y = 242,2x 0,0742 R 2 = 0, ,01 0,1 1 teta 10 MR = K 1 x σ K2 K3 3 x σ d K1= 358,011 K3= -0,229 K2= 0,350 R2= 0,731 FIG Exemplo da planilha de cálculo de módulo resiliente do IME 89

90 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 (σ t ), e a relação entre σ t e a deformação resiliente ε t 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. 90

91 FIG Detalhe do equipamento de ensaio de compressão diametral de carga repetida com corpo-de-prova de solo-emulsão, do IME FIG Detalhe da tela de aquisição de dados do ensaio de compressão diametral de carga repetida, do IME ENSAIOS DE DESGASTE 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 91

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 (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) 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. 92

93 FIG 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. 93

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, registrandose 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. 94

95 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 FIG 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. 95

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. 96

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 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 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 97

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 Solo Percentagem passante Classificação Índices #4 #10 #40 #200 TRB SUCS MCT LL IP IG A A-2-4 SM NA NP NP 0 B A-7-5 SM LG C A-7-6 SM LG Solo A Solo B Solo C % QUE PASSA DA AMOSTRA TOTAL ,001 0,010 0,100 1,000 10, ,000 DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS(mm) 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 98

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 SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 e K 2 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 AMOSTRA ph H 2 O 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 AMOSTRA ATAQUE SULFÚRICO SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 K 2 O TiO 2 Res. Ki Kr % % % % % % 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 99

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 SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 e K 2 O encontradas: os Solos B e C apresentaram uma percentagem desses compostos maior que o Solo A. O coeficiente K i 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 K r, 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 K i e K r, foi o menos intemperizado de todos. Como já mencionado no item , solos com relações sílicasesquióxidos (K r ) 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 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 AMOSTRA MINERAIS PRESENTES Gipsita Goetita Quartzo Ilita % % % % 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 100

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 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

102 TAB. 4.5 Ensaios de caracterização da emulsão RM-1C RM-1C Encontrado Valor referência Viscosidade Saybolt-Furol a 50 C 33, Peneiração (retido na peneira 0,84 0,002 Max 0,1 mm), % em peso 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 0 Max 0,1 mm), % em peso Carga de partícula Positiva Positiva Resíduo da destilação, % em peso 62 Min 60 sobre o total 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

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. 2,00 1,90 MEAS (g/cm3) 1,80 1,70 1,60 1,50 1, Umidade (%) 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/cm 3 e, sendo um solo granular, é diferente dos outros dois solos, com MEAS de cerca de 1,7 g/cm 3. 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. 103

104 4.3 PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL 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 solocimento, 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 104

105 em cada fator, o que é particularmente importante na visualização do experimento, por exemplo: com cinco níveis em seis fatores, seriam necessários ensaios sem réplica; com quatro níveis, seriam 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 2 4 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. 105

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 O MODELO DE ANÁLISE PARA OS OUTROS ENSAIOS Os outros ensaios (resistência à tração indireta RT, módulo de resiliência na tração diametral MR CD e ensaios de desgaste) não seguiram o planejamento completo. Para a RT e MR CD, 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 106

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 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 e 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 emulsão asfáltica. 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 Para avaliar os resultados da sucção e da 107

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 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 %) % B (19%) % C (15 %) % 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%) ,8 % B (19,5 %) ,3% C (15,5%) 1476 * * ,6 % 108

109 TAB Resultados dos ensaios de RCS Solos com cura de 28 dias Solos (Hmold) RCS1 (KPa) RCS2 (KPa) RCS3 (KPa) MÉDIA (KPa) H ruptura (%) A (11 %) ,3 % B (19,8 %) ,7 % 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) ENSAIOS DE SOLOS ESTABILIZADOS 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 Embora o objetivo seja apenas a indicação de quais fatores sejam mais ou 109

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 Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com os solos do estudo CORRIDA SOLO EMULSÃO TEOR (%) CURA (DIAS) RCS (K Pa) 1 B RL B RL B RL B RL B RL B RL B RL B RL B RL B RL B RL B RL B RM B RM B RM B RM B RM B RM B RM B RM B RM B RM B RM B RM A RL A RL A RL A RL A RL A RL A RL A RL A RL

111 TAB Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com os solos do estudo CORRIDA SOLO EMULSÃO TEOR (%) CURA (DIAS) RCS (K Pa) 34 A RL A RL A RL A RM A RM A RM A RM A RM A RM A RM A RM A RM A RM A RM A RM TAB Planilha de resultados do experimento exploratório SQ GL MQ F P (1)Tipo de solo ,9 51,8148 0, (2)Tipo de emulsão ,8 0,0041 0, (3)Teor de emulsão ,1 2,5534 0, (4)Tempo de cura ,0 193,2462 0, COM ,3 0,4425 0, COM ,6 10,8641 0, COM ,2 0,5583 0, COM ,5 0,4898 0, COM ,9 21,0275 0, COM ,7 6,5033 0, COM 2 E ,9 3,4724 0, COM 2 E ,8 0,8299 0, COM 3 E ,9 2,4957 0, COM 3 E ,0 0,9125 0, Falta de ajustamento ,4 26,2208 0, Erro total ,7 SQ total 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; 111

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 TAB 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. 112

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 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 TAB Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova do solo A SOLO A g s 0 DIAS RL RM (kg/cm 3 ) 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. 113

114 RCS Solo A +RL RCS (KPa) % Emulsão 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 1000 RCS (KPa) % Emulsão 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 114

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-deprova 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 Resultados da análise estatística - Solo A + RL-1C Cura de 7 dias SOLO A + RL-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , TAB Resultados da análise estatística - Solo A + RL-1C Cura de 28 dias SOLO A + RL-1C - 28 DIAS DE CURA TEOR , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

116 TAB Resultados da análise estatística - Solo A + RM-1C Cura de 7 dias SOLO A + RM-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , TAB Resultados da análise estatística - Solo A + RM-1C Cura de 28 dias SOLO A + RM-1C - 28 DIAS DE CURA TEOR , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 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

117 Comparação A+ 2 % 1000 RCS (KPa) Dias de cura RM RL FIG. 4.7 Comparação RL versus RM RCS Solo A + 2 % Comparação A +4 % RCS (KPa) Dias de cura RM RL FIG. 4.8 Comparação RL versus RM RCS Solo A + 4 % 117

118 Comparação A + 6% RCS (KPa) Dias de cura RM RL FIG. 4.9 Comparação RL versus RM RCS Solo A + 6 % 1000 Comparação A +8% 737 RCS (KPa) Dias de cura RM FIG Comparação RL versus RM RCS Solo A + 8 % RL 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 118

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 TAB Solo A + RL-1C Cura úmida de 7 dias Teor (%) RCS (K Pa) H mold(%) ,3% ,6% ,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. 119

120 RCS (KPa) % Emulsão RUPTURA IMEDIATA CURA ÚMIDA CURA SECA FIG 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 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-deprova 7 e 28 dias. As umidades de moldagem se encontram na TAB 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 120

121 uma maior impermeabilização dos corpos-de-prova em relação aos estabilizados com RL-1C. TAB Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova, para o Solo B g s RL RM SOLO B (kg/cm 3 ) 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 RCS (KPa) % Emulsão B + RL (0 dias) B + RL (7 dias) B + RL (28 dias) FIG Resultado dos ensaios de RCS Solo B + RL 121

122 RCS Solo B+RM RCS (KPa) % Emulsão B + RM (0 dias) B + RM (7 dias) B + RM (28 dias) FIG 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 122

123 exemplos dessas planilhas, onde em vermelho estão indicadas as comparações significativas e em azul as comparações marginalmente significativas. TAB Resultados da análise estatística - Solo B + RL-1C Cura de 7 dias SOLO B + RL-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , TAB Resultados da análise estatística - Solo B + RL-1C Cura de 28 dias SOLO B + RL-1C - 28 DIAS DE CURA TEOR , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , TAB Resultados da análise estatística - Solo B + RM-1C Cura de 7 dias SOLO B + RM-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , TAB Resultados da análise estatística - Solo B + RM-1C Cura de 28 dias SOLO B + RM-1C - 28 DIAS DE CURA TEOR , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

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

125 Comparação B + 2 % RCS (KPa) Dias de cura RM RL FIG Comparação RL versus RM RCS Solo B + 2 % Comparação B + 4 % RCS (KPa) Dias de cura RM RL FIG Comparação RL versus RM RCS Solo B + 4 % 125

126 Comparação B + 6 % RCS (KPa) Dias de cura RM RL FIG Comparação RL versus RM RCS Solo B + 6 % 1200 Comparação B + 8 % RCS (KPa) Dias de cura RM RL FIG Comparação RL versus RM RCS Solo B + 8 % 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. 126

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 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 RCS (KPa) % Emulsão RUPTURA IMEDIATA CURA ÚMIDA CURA SECA FIG Comparação Ruptura imediata versus Cura úmida RCS Solo B 127

128 TAB Solo B + RL-1C Cura úmida de 7 dias Teor (%) RCS (K Pa) H mold(%) ,2 % ,1% ,7% 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 2000 RCS (KPa) % Emulsão C + RL C PURO FIG Resultados de RCS do Solo C + RL TAB 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% 128

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 Análise estatística para Solo C + RL-1C Cura de 7 dias SOLO C + RL-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 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 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 129

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 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 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 TAB 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 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 ENSAIOS DE SOLOS ESTABILIZADOS 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 130

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 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 RTI Solo A ,39 36,43 32,49 32,70 RTI (KPa) , , % Emulsão A + RL (7 dias) A PURO FIG Resultados de RTI do Solo A + RL TAB Análise estatística para Solo A + RL-1C Cura de 7 dias SOLO A + RL-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

132 RTI Solo B RTI (KPa) ,22 89,92 90,48 82,45 74,21 14, % Emulsão B + RL (7 dias) B PURO FIG Resultados de RTI do Solo B + RL TAB Análise estatística para Solo B + RL-1C Cura de 7 dias SOLO B + RL-1C - 7 DIAS DE CURA TEOR , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 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 No solo B, não existe diferença significativa entre solo puro e nenhum teor de solo estabilizado, como visto na TAB

133 4.6 MÓDULO DE RESILIÊNCIA DOS SOLOS DESTE ESTUDO 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 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 Para todos os modelos, as umidades de moldagem e de ensaio foram as mostradas nas TAB 4.8 a

134 MR (MPa) Ensaio imediato y = 312,08x 0,1214 R 2 = 0,2608 Ensaio com 7 dias y = 330,95x -0,0997 R 2 = 0,0763 Ensaio com 28 dias y = 554,63x 0,0726 R 2 = 0, ,01 0,1 1 σ 3 (MPa) Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ 3 Solo A puro MR (MPa) Ensaio imediato y = 222,22x 0,0034 R 2 = 0,0003 Ensaio com 7 dias y = 307,68x -0,1582 R 2 = 0,2914 Ensaio com 28 dias y = 436,81x -0,0138 R 2 = 0, ,01 0,1 1 σ d (MPa) Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ d Solo A puro. 134

135 MR (MPa) Ensaio imediato y = 242,13x 0,074 Ensaio com 7 dias y = 368,17x -0,1412 Ensaio com 28 dias y = 471,77x 0, R 2 = 0,1037 R 2 = 0,164 R 2 = 0,03 1 0,1 1 θ (MPa) Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ Solo A puro MR (MPa) Ensaio imediato y = 106,51x -0,3885 R 2 = 0,2684 Ensaio com 7 dias y = 279,24x -0,1788 R 2 = 0,2913 Ensaio com 28 dias y = 654,86x 0,0489 R 2 = 0, ,01 0,1 1 σ 3 (MPa) Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ 3 Solo B puro. 135

136 MR (MPa) 10 Ensaio imediato y = 95,081x -0,5741 R 2 = 0,7018 Ensaio com 7 dias y = 289,36x -0,2102 R 2 = 0,6109 Ensaio com 28 dias y = 485,71x -0,0702 R 2 = 0, ,01 0,1 1 σ d (MPa) Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ d Solo B puro MR (MPa) Ensaio imediato y = 171x -0,5359 R 2 = 0,4716 Ensaio com 7 dias y = 355,26x -0,214 R 2 = 0,4472 Ensaio com 28 dias y = 564,56x -0,0067 R 2 = 0, ,1 1 θ(mpa) Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias FIG Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ Solo B puro 136

137 1000 MR (MPa) Ensaio imediato y = 60,113x -0,5018 R 2 = 0,5245 Ensaio com 7 dias y = 753,88x 0,1859 R 2 = 0, ,01 0,1 1 σ 3 (MPa) Ensaio imediato Ensaio com 7 dias FIG Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ 3 Solo C puro MR (MPa) Ensaio imediato y = 74,765x -0,5379 R 2 = 0,9136 Ensaio com 7 dias y = 510,44x 0,0672 R 2 = 0, ,01 0,1 1 σ d (MPa) Ensaio imediato Ensaio com 7 dias FIG Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ d Solo C puro. 137

138 1000 MR (MPa) Ensaio imediato y = 121,94x -0,5758 R 2 = 0,7398 Ensaio com 7 dias y = 535,94x 0,1521 R 2 = 0, ,1 1 θ (MPa) Ensaio imediato Ensaio com 7 dias FIG 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 O solo A é considerado pela classificação TRB como granular e por isso tende a ser melhor representado pelo modelo em função da σ 3 que em função de σ d, sendo visto pela comparação dos coeficientes R 2 nos modelos. Já os solos B e C pelo fato de serem plásticos foram melhor representados pelo modelo em função de σ d, além de apresentar maior dependência do módulo em função do estado de tensões aplicado. No Solo C, entretanto, os sinais de k 2 e k 3 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 k 1 menores que os encontrados na FIG 4.22 e A amostra do solo A foi compactada com h ot = 13,4% e do solo B, h ot = 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 138

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-deprova, como se percebe nas TAB 4.8 a Pode ter havido também um efeito de tixotropia conforme sugere SVENSON (1980) para outros solos testados. TAB Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência Solos puros Amostra k 1 (MPa) k 2 k 3 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 TAB Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência Solos ensaiados após 7 dias de moldagem Amostra k 1 (MPa) k 2 k 3 Solo A 387 0,17-0,27 Solo B 371 0,05-0,14 Solo C ,29 0,01 TAB Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência Solos ensaiados após 28 dias de moldagem Amostra k 1 (MPa) k 2 k 3 Solo A 611 0,25-0,19 Solo B 860 0,34-0,24 139

140 FIG MR versus σ 3 e σ d Solo A puro FIG MR versus σ 3 e σ d Solo A puro após 7 dias FIG MR versus σ 3 e σ d Solo A puro após 28 dias FIG MR versus σ 3 e σ d Solo B puro FIG MR versus σ 3 e σ d Solo B puro após 7 dias FIG MR versus σ 3 e σ d Solo B puro após 28 dias 140

141 FIG MR versus σ 3 e σ d Solo C puro FIG MR versus σ 3 e σ d Solo C puro após 7 dias Deve-se destacar a melhor adequabilidade do modelo composto em relação aos outros modelos, com R 2 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) ENSAIOS DE SOLOS ESTABILIZADOS 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 corpode-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. 141

142 TAB Módulo de resiliência parte da planilha de experimento exploratório SOLO TIPO TEOR IDADE MR (M Pa) B RL A RM B RM B RL A RM 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

143 TAB Planilha de resultados do experimento exploratório do MR SQ GL MQ F P (1)Tipo de solo ,5 42, , (2)Tipo de emulsão ,1 0, , (3)Teor de emulsão ,9 46, , (4)Tempo de cura ,6 1, , COM ,8 11, , COM ,1 42, , COM ,9 0, , COM ,8 11, , COM ,0 6, , COM ,3 1, , COM 2 E ,0 5, , COM 2 E ,2 0, , COM 3 E ,9 47, , COM 3 E ,1 4, , Falta de ajustamento ,2 7, , Erro total ,5 SQ total 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 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 143

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 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 R 2 foi acima de 0,95 para todos os resultados, mostrando sua supremacia em relação aos outros modelos. TAB Planilha de resultados de módulo do Solo A Modelo composto SOLO TIPO TEOR DIAS K 1 (MPa) K 2 K 3 A PURO ,35-0,23 A PURO ,17-0,27 A RL ,20-0,23 A RL ,20-0,17 A RL ,05-0,07 A RL ,20-0,18 A RM ,39-0,24 A RM ,20-0,03 A RM ,09-0,08 A RM ,15-0,13 A PURO ,25-0,18 A RL ,67-0,57 A RL ,30-0,18 A RL ,49-0,31 A RL ,29-0,29 A RM ,40-0,34 A RM ,65-0,40 A RM ,49-0,29 A RM ,5-0,35 Em relação ao modelo composto, verificou-se que o coeficiente k 1 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 corpode-prova, como já verificado na TAB 4.15, mas também possui uma participação da adição da emulsão ao sistema, como já verificado no 144

145 experimento exploratório e no seu detalhamento. Verifica-se também uma diminuição do valor de k 2 e k 3 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 σ 3, σ d 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 R 2 de determinação apresentou-se baixo para os modelos em função de σ 3, σ d e θ analisados, especialmente os ensaios com cura de 28 dias. FIG MR versus σ 3, σ d Solo A com 2 % RL-1C cura de 7 dias FIG MR versus σ 3, σ d Solo A com 2 % RL-1C cura de 28 dias 145

146 TAB Planilha de resultados de módulo do Solo A MR versus σ 3 SOLO TIPO TEOR DIAS k 1 (MPa) k 2 R 2 A PURO ,12 0,26 A PURO ,01 0,001 A RL ,02 0,01 A RL ,04 0,06 A RL ,05 0,01 A RL ,02 0,01 A RM ,15 0,30 A RM ,05 0,03 A RM ,03 0,02 A RM ,02 0,02 A PURO ,07 0,09 A RL ,06 0,01 A RL ,12 0,37 A RL ,16 0,26 A RL ,01 0,01 A RM ,06 0,03 A RM ,29 0,40 A RM ,20 0,41 A RM ,16 0,23 TAB Planilha de resultados de módulo do Solo A MR versus σ d SOLO TIPO TEOR DIAS k 1 (MPa) k 3 R 2 A PURO ,01 0,01 A PURO ,16 0,29 A RL ,09 0,31 A RL ,03 0,06 A RL ,03 0,10 A RL ,05 0,13 A RM ,02 0,01 A RM ,01 0,01 A RM ,01 0,01 A RM ,03 0,08 A PURO ,02 0,01 A RL ,20 0,18 A RL ,02 0,01 A RL ,01 0,01 A RL ,09 0,22 A RM ,07 0,07 A RM ,04 0,01 A RM ,03 0,02 A RM ,01 0,01 146

147 TAB Planilha de resultados de módulo do Solo A MR X θ SOLO TIPO TEOR DIAS k 1 (MPa) k 3 R 2 A PURO ,07 0,10 A PURO ,05 0,03 A RL ,06 0,10 A RL ,01 0,01 A RL ,02 0,04 A RL ,02 0,01 A RM ,10 0,14 A RM ,03 0,01 A RM ,01 0,01 A RM ,01 0,01 A PURO ,03 0,02 A RL ,07 0,01 A RL ,08 0,19 A RL ,10 0,10 A RL ,03 0,03 A RM ,07 0,04 A RM ,20 0,20 A RM ,14 0,21 A RM ,09 0,08 Comparando-se os expoentes k 2 e k 3 dos modelos granular e arenoargiloso 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 k 2 do modelo granular nas misturas analisadas, em comparação com as misturas com 7 dias. O mesmo fato não ocorre com o valor de k 3 do modelo areno-argiloso que, com exceção da mistura RL com 2 %, obteve valor modular sempre abaixo de 0,08. O valor k 1 de todos os modelos aumentou, entretanto, não se pode creditar totalmente esse aumento à adição de emulsão em função de σ 3, σ d 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 147

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 MR (MPa) 10 Solo A puro y = 312,08x 0,1214 R 2 = 0,2608 Solo A + 2 % RL y = 205,22x 0,0927 R 2 = 0,0795 Solo A + 4 % RL y = 375,44x 0,3255 R 2 = 0, ,01 0,1 1 σ 3 (MPa) FIG MR versus σ 3 - Solo A com cura úmida, sem e com emulsão 148

149 MR (MPa) 10 Solo puro y = 222,22x 0,0034 R 2 = 0,0003 Solo A + 2 % RL y = 201,84x 0,1395 R 2 = 0,1662 Solo A + 4 % RL y = 138,43x -0,0619 R 2 = 0,0475 0,01 0,1 1 σ d (MPa) 1 FIG MR versus σ d 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 Deformação permanente em ensaio de módulo Solo A (a) cura úmida (b) cura seca 149

150 DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO B: Os parâmetros do modelo composto para o Solo B, mostrados na TAB 4.41, apresentaram R 2 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 Planilha de resultados de módulo do Solo B Modelo composto SOLO TIPO TEOR DIAS k 1 (MPa) k 2 k 3 B PURO ,12-0,65 B PURO ,05-0,14 B RL ,25-0,14 B RL ,05-0,04 B RL ,16-0,13 B RL ,03-0,17 B RM ,08-0,22 B RM ,06-0,13 B RM ,20-0,1 B RM ,16 0,02 B PURO ,34-0,24 B RL ,25-0,30 B RL ,27-0,33 B RL ,62-0,33 B RL ,72-0,67 B RM ,33-0,16 B RM ,64-0,48 B RM ,61-0,86 B RM ,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 k 2 e k 3 apresentaram mais baixos que para solos puros. Para misturas com 28 dias de cura, foram encontrados valores de k 1 de até 1400 MPa, o que poderiam indicar uma influência positiva da emulsão no 150

151 sistema, mas geralmente esses valores são acompanhados de uma grande influência do estado de tensões, expressos pelos valores de k 2 e k 3 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 k 1. 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 σ 3, σ d 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 MR versus σ 3, σ d Solo B com 4% RL-1C ruptura com 7 dias FIG MR versus σ 3, σ d Solo B com 4% RL-1C ruptura com 28 dias. 151

152 TAB Planilha de resultados de módulo do Solo B MR versus σ 3 SOLO TIPO TEOR DIAS k 1 (MPa) k 2 R 2 B PURO ,39 0,27 B PURO ,24 0,92 B RL ,08 0,23 B RL ,01 0,01 B RL ,03 0,06 B RL ,13 0,39 B RM ,13 0,31 B RM ,08 0,25 B RM ,10 0,39 B RM ,13 0,39 B PURO ,12 0,27 B RL ,04 0,02 B RL ,05 0,03 B RL ,30 0,52 B RL ,05 0,01 B RM ,17 0,48 B RM ,17 0,14 B RM ,15 0,05 B RM ,16 0,12 TAB Planilha de resultados de módulo do Solo B MR versus σ d SOLO TIPO TEOR DIAS k 1 (MPa) k 2 R 2 B PURO ,57 0,70 B PURO ,15 0,44 B RL ,01 0,01 B RL ,01 0,01 B RL ,02 0,05 B RL ,01 0,71 B RM ,16 0,69 B RM ,10 0,58 B RM ,04 0,07 B RM ,13 0,59 B PURO ,01 0,01 B RL ,13 0,32 B RL ,14 0,41 B RL ,08 0,06 B RL ,19 0,18 B RM ,06 0,09 B RM ,04 0,01 B RM ,44 0,52 B RM ,32 0,63 152

153 TAB Planilha de resultados de módulo do Solo B MR versus θ SOLO TIPO TEOR DIAS k 1 (MPa) k 2 R 2 B PURO ,53 0,47 B PURO ,23 0,80 B RL ,05 0,10 B RL ,01 0,01 B RL ,01 0,03 B RL ,15 0,56 B RM ,16 0,49 B RM ,10 0,41 B RM ,08 0,25 B RM ,18 0,77 B PURO ,07 0,09 B RL ,09 0,11 B RL ,10 0,14 B RL ,22 0,31 B RL ,07 0,02 B RM ,14 0,31 B RM ,08 0,03 B RM ,31 0,20 B RM ,25 0,30 Foi verificado que o solo-emulsão foi mais bem representado por modelos em função de σ d, 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 σ 3 é de 0,15. Para os expoentes que aparecem nos modelos em função de σ d, 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 k 1 de todos os modelos em função de σ 3, σ d 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. 153

154 Assim como executado com o Solo A, também foram ensaiados corpos-deprova 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 (σ 3 ) e da tensão desvio (σ d ) MR (MPa) 10 Solo B puro y = 312,08x 0,1214 R 2 = 0,2608 Solo B + 2 % RL y = 80,836x 0,044 R 2 = 0,0051 Solo B + 4 % RL y = 104,12x 0,1069 R 2 = 0, ,01 0,1 1 σ 3 (MPa) FIG MR versus σ 3 Solo B com cura úmida MR (MPa) Solo B puro y = 222,22x 0,0034 R 2 = 0,0003 Solo B + 2 % RL y = 50,581x -0,1516 R 2 = 0,0921 Solo B + 4 % RL y = 60,174x -0,1084 R 2 = 0, ,01 0,1 1 σ d (MPa) FIG MR versus σ d Solo B com cura úmida 154

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 Deformação permanente em ensaio de módulo Solo B (a) cura úmida (b) cura seca DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO C: O modelo composto de todos os ensaios com o Solo C apresentaram R 2 acima de 0,95, conforme mostra a TAB Percebe-se que os valores dos expoentes k 2 são em geral, maiores que o mesmo coeficiente com solo puro, enquanto os expoentes k 3, 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. 155

156 TAB Planilha de resultados de módulo do Solo C Modelo composto SOLO TIPO TEOR DIAS k 1 (MPa) k 2 k 3 C PURO ,11-0,61 C 7 DIAS ,29 0,00 C RL ,35-0,36 C RL ,51-0,12 C RL ,17-0,24 C RL ,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 σ d. TAB Planilha de resultados de módulo do Solo C MR versus σ 3 SOLO TIPO TEOR DIAS K 1 (MPa) K 2 R 2 C PURO ,50 0,52 C 7 DIAS ,19 0,36 C RL ,01 0,01 C RL ,40 0,76 C RL ,05 0,04 C RL ,12 0,12 TAB Planilha de resultados de módulo do Solo C MR versus σ d SOLO TIPO TEOR DIAS K 1 (MPa) K 3 R 2 C PURO ,53 0,91 C 7 DIAS ,06 0,06 C RL ,12 0,17 C RL ,22 0,36 C RL ,14 0,53 C RL ,21 0,44 TAB Planilha de resultados de módulo do Solo C MR versus θ SOLO TIPO TEOR DIAS K 1 (MPa) K 2 R 2 C PURO ,57 0,74 C 7 DIAS ,15 0,24 C RL ,06 0,03 C RL ,35 0,63 C RL ,10 0,20 C RL ,17 0,25 156

157 4.7 MÓDULO DE RESILIÊNCIA NA TRAÇÃO DIAMETRAL DOS SOLOS DESTE ESTUDO Os corpos-de-prova para o MR CD 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 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 MRCD (MPa) ,00 y = -2,8125x ,125x R 2 = 0, ,50 662,50 588, % Emulsão FIG Resultados dos ensaios cíclicos de módulo na tração diametral Solo A estabilizado com 7 dias de cura seca 157

158 Verifica-se que o Solo A apresentou um MR CD 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 MR CD 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 R 2 de 0,96, sendo considerado um bom ajuste. O resultado da seqüência de ensaios MR CD para o Solo B com 2, 4, 6 e 8% RL-1C, com 7 dias de cura seca, é apresentado na FIG O Solo B apresentou um MR CD 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 , , ,50 MRCD (MPa) y = -29,948x ,39x + 794,37 R 2 = 0, , % Emulsão FIG Resultados dos ensaios cíclicos de módulo na tração diametral Solo B estabilizado com 7 dias de cura seca 158

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: σ σ = ε E = ε E 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 Os resultados dos solos puros e estabilizados estão nas TAB 4.49 a FIG Esboço, nesta curva, da obtenção do módulo de elasticidade 159

160 TAB Módulo de elasticidade de solos puros Solos puros E (KPa) Solo A 3344 Solo B 4436 Solo C 7872 TAB Módulo de elasticidade do Solo A SOLO A - 7 DIAS (E em kpa) RM RL E est /E 0% % % ,3 6% ,4 8% ,5 TAB Módulo de elasticidade do Solo B SOLO B - 7 DIAS (E em kpa) RM RL E est /E 0% % ,3 4% ,0 6% ,1 8% ,6 TAB Módulo de elasticidade do Solo C SOLO C - 7 DIAS (E em KPa) RL 0% E est /E 2% ,1 4% ,3 6% ,9 8% ,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 (E est ) em relação ao mesmo módulo apenas sob a ação da perda de umidade (E), enquanto para os solos B e C, o aumento 160

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 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. 161

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. 2,5 DEFORMAÇÃO PERMANENTE (CM) 2 1,5 1 0, CICLOS SOLO A PURO SOLO A + 2 % RL FIG Resultados do ensaio LWT Solo A puro versus Solo A + 2% RL-1C. 2,5 DEFORMAÇÃO PERMANENTE (CM) 2 1,5 1 0, CICLOS SOLO B PURO SOLO B + 4 % RL FIG 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 162

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 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- 163

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-deprova, enquanto a FIG 4.55 mostra a deformação permanente para o solo B. 0,140 0,132 DEFORMAÇÃO PERMANENTE (CM) 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,073 0,000 SOLO A PURO SOLO A + 2 % RL FIG Resultados do ensaio WTAT Solo A puro versus Solo A + 2% RL-1C. 0,12 0,112 DEFORMAÇÃO PERMANENTE (CM) 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0,03 0 SOLO B PURO SOLO B + 4 % RL FIG Resultados do ensaio WTAT Solo B puro versus Solo B + 4% RL-1C. 164

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-deprova após o ensaio, como mostrado na FIG 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 FIG Detalhe do ensaio de WTAT do Solo B 165

166 TAB Peso perdido do corpo-de-prova durante ensaio WTAT Amostras de solo Peso perdido do corpo-de-prova durante ensaio Solo puro Solo com emulsão Solo A 0,78% 0,88 % Solo B 1,06 % 0,18% 4.10 CORRELAÇÕES ENCONTRADAS NOS ENSAIOS: 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 k 1, k 2 e k 3 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 k 1 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 k 1 dos corpos-de-prova estabilizados rompidos com 7 dias, com o coeficiente de determinação de 0,78, conforme mostra a FIG Embora a relação seja de dois ensaios de características diferentes, o coeficiente encontrado foi relativamente alto, pois essa comparação é feita 166

167 numa circunstância extrema, bem próximo da ruptura, tanto para o caso do MR como para o caso da RCS. Os coeficientes k 2 e k 3 mostram a maior ou menor dependência do módulo com a tensão confinante e a tensão desvio. O coeficiente k 3 apresentou melhor correlação com o RCS que o coeficiente k 2, em grande parte pelo fato de que o solo-emulsão ser uma mistura coesiva - FIG mostrando que o aumento da RCS faz diminuir a dependência da mistura com a tensão desvio. k1 (MPa) k1 = 0,7818RCS + 213,78 R 2 = 0, RCS (KPa) FIG Correlação RCS x k 1 k2, k3 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00-0,10-0,20-0,30-0,40-0,50-0,60 k2 = -0,0002RCS + 0,2441 R 2 = 0, RCS ( kpa) k3 = 0,0005RCS - 0,4361 R 2 = 0,6681 FIG Correlação RCS x k 2, k 3 167

168 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 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 (KPa) RTI = 0,1314 RCS - 20,506 R 2 = 0, RCS (KPa) FIG Correlação RCS VERSUS RTI 168

169 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 TAB 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 (R 2 =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 (R 2 = 0,78) 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 169

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 ,*SIGMA3-860,*SIGMAD (R 2 = 0,25) EQ 4.5 Pelo baixo R 2 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) 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 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 170

171 deflexão sob a roda e a tensão vertical no subleito com a ajuda do programa FEPAVE2. FIG 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 (MR CD ), 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. 171

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 Resultados de cálculo de parâmetros as alternativas de estruturas calculadas pelo FEPAVE2 I II espessura da III espessura do Estrutura base (cm) revestimento primário (cm) Parâmetro Deflexão sob a roda 0,60 0,44 0,35 0,31 0,45 0,30 0,28 (mm) 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. 172

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 MEV Solo A puro (Ampliação 500 X) FIG 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 soloemulsão, como mostrado no Apêndice E. 173

174 FIG MEV Solo B puro (Ampliação 500 X) FIG 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-deprova 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 Parte dos corpos-de-prova ensaiados neste trabalho 174

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 corposde-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 175

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. 176

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; 177

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; 178

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 k 1 e k 3 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 (R 2 =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, 179

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-deprova, 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. 180

181 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE DISTRIBUIDORES DE ASFALTO, ABEDA. Manual básico de emulsões asfálticas soluções para pavimentar sua cidade, São Paulo, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. P-MB 581 Determinação da viscosidade Saybolt Furol de emulsões asfálticas. Rio de Janeiro. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. P-MB 609 Determinação da peneiração de emulsões asfálticas. Rio de Janeiro. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. NBR 6297 Emulsões catiônicas de ruptura lenta ensaio de mistura com cimento. Rio de Janeiro. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. NBR 6300 Emulsões asfálticas ensaio de resistência à água. Rio de Janeiro. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. NBR 6302 Emulsões catiônicas ensaio de mistura com fíler silícico. Rio de Janeiro. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. NBR 6567 Emulsões asfálticas ensaio de carga de partícula. Rio de Janeiro. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. NBR 6568 Emulsões asfálticas ensaio de destilação. Rio de Janeiro. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. NBR 6569 Emulsões asfálticas ensaio de desemulsibilidade. Rio de Janeiro. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. NBR 6570 Emulsões asfálticas ensaio de sedimentação. Rio de Janeiro. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. NBR Solo-Cimento Dosagem para Emprego como Camada de Pavimento. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. NBR Solo-cimento Determinação da Resistência à Compressão não Confinada Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT. NBR

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189 7 APÊNDICES 7.1 RELATO DE EXPERIMENTO DE CAMPO 189

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; 190

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: 191

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 192

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/m 2. 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; 193

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 194

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 SOLO GRANULOMETRIA LL IP HRB IG Hot 2,00 0,42 0,074 IAPU NP NP A % IAPU NP NP A % 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 Ssf Viscosidade Saybolt-Furol a 50 C 17,5 ssf Ssf Resíduo por aquecimento 33,04 % Min 62 % Peneiramento 4,5 % Max 0,10% 195

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 196

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 197

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 emulsão asfáltica. 198

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. 199

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 200

201 FIG 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. 201

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 Aplicação da emulsão diluída ao solo FIG Mistura do solo e emulsão, com a grade de discos 202

203 FIG 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 Compactação da camada de solo-emulsão 203

204 FIG 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 Vale lembrar que a emulsão estava estocada a dois meses. FIG Detalhe de grumos de borracha em porção de solo-emulsão 204

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 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 Para estes casos, é recomendada a utilização da tecnologia descrita por estes autores para apropriada proteção e cobertura destas trincas. FIG Aspecto da superfície da pista, após 7 dias. FIG Trincas de retração típicas de solos lateríticos (NOGAMI e VILLIBOR, 1995) 205

206 FIG 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 206

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 Aspecto comparativo da pista, logo após a compactação. 207

208 FIG Aspecto comparativo da pista, após 7 dias. FIG Aspecto comparativo da pista, após 2 meses. 208

209 7.2 ROTEIRO PARA UMA APLICAÇÃO DE CAMPO 209

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 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 m 3. De acordo com a FIG 4.3, a MEAS encontrada é de 1900 kg/m 3, 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: 210

211 h = 12 % (umidade ótima) 5 % (umidade natural) = 7 %. P a = kg X 0,07 = 9310 kg (água total a acrescentar) Em= 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: P comp = 9310 kg = 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: H parada = (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: F = água + emulsão soloseco = ( ) + 5% = 14%

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= 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 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. P comp = 9310 kg = 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: H parada = (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: F = água + emulsão soloseco = ( ) + 5% = 16% 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 m 3 ); Espalhamento, umedecimento próximo da umidade ótima e 212

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; Medida de umidade com o Speedy: o valor de umidade deve ser próximo de 12 %; Aplicação do restante da emulsão diluída 1690 kg; Homogeneização, espalhamento e conformação de greide; Medida de umidade com o Speedy: o valor de umidade deve ser 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. 213

214 7.3 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE MÓDULO DE RESILIÊNCIA DE SOLOS 214

215 1000 MR (MPa) 0,01 0, σ 3 (MPa) Solo A puro Solo A + 2 % RL Solo A + 4 % RL Solo A + 6 % RL Solo A + 8 % RL Solo A 7 dias 215

216 ,01 0,1 1 σ d (MPa) Solo A puro Solo A + 2 % RL Solo A + 4 % RL Solo A + 6 %RL Solo A + 8 %RL Solo A 7 dias MR (MPa) 216

217 1000 MR (MPa) 0,1 θ (MPa) Solo A puro Solo A + 2 % RL Solo A + 4 % RL Solo A + 6 % RL Solo A + 8 % RL Solo A 7 dias 217

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 218

219 1000 MR (MPa) 0,01 0, σ 3 (MPa) Solo A puro Solo A + 2 % RM Solo A + 4 %RM Solo A + 6 % RM Solo A + 8 % RM Solo A 7 dias 219

220 1000 0,01 0, σ d (MPa) Solo A puro Solo A + 2 %RM Solo A + 4 %RM Solo A + 6 % RM Solo A + 8 % RM Solo A 7 dias MR (MPa) 220

221 1000 MR (MPa) 0,1 θ (MPa) Solo A puro Solo A + 2 % RM Solo A + 4 %RM Solo A + 6 % RM Solo A + 8 % RM Solo A 7 dias 221

222 A PURO A 7 DIAS PURO A + 2 % RM 7 DIAS A + 4 % RM - 7 DIAS A + 6 % RM 7 DIAS A + 8 % RM 7 DIAS 222

223 1000 0,01 0, σ 3 (MPa) Solo A puro Solo A + 2 % RL Solo A + 4 % RL Solo A + 6 % RL Solo A + 8 % RL Solo A 28 dias MR (MPa) 223

224 1000 MR (MPa) 0,01 0,1 1 σd (MPa) 100 Solo A puro Solo A + 2 % RL Solo A + 4 % RL Solo A + 6 % RL Solo A + 8 %RL Solo A 28 dias 224

225 1000 MR (MPa) 0,1 θ (MPa) Solo A puro Solo A + 2 % RL Solo A+ 4 % RL Solo A + 6 % RL Solo A + 8 % RL Solo A 28 dias 225

226 A PURO A 28 DIAS PURO A + 2 % RL 28 DIAS A + 4 % RL 28 DIAS A + 6 % RL 28 DIAS A + 8 % RL 28 DIAS 226

227 1000 MR (MPa) 0,01 0,1 1 σ 3 (MPa) Solo A puro Solo A + 2 % RM Solo A + 4 % RM Solo A + 6 % RM Solo A + 8 % RM Solo A 28 dias

228 1000 MR (MPa) 0,01 0,1 1 σ d (MPa) Solo A puro Solo A + 2 % RM Solo A + 4 % RM Solo A + 6 % RM Solo A + 8 % RM Solo A 28 dias

229 1000 0,1 1 θ (MPa) 100 Solo A puro Solo A + 2 % RM Solo A + 4 % RM Solo A + 6 % RM Solo A + 8 % RM Solo A 28 dias MR (MPa) 229

230 A PURO A 28 DIAS PURO A + 2 % RM 28 DIAS A + 4 % RM 28 DIAS A + 6 % RM 28 DIAS A + 8 % RM 28 DIAS 230

231 1000 0,01 0, σ 3 (MPa) Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B + 4 % RL Solo B + 6 % RL Solo B + 8 % RL Solo B 7 dias MR (MPa) 231

232 1000 0,01 0, σ d (MPa) Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B + 4 % RL Solo B + 6 % RL Solo B + 8 % RL Solo B 7 dias MR (MPa) 232

233 1000 0,1 1 θ (MPa) 100 Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B + 4 % RL Solo B + 6 % RL Solo B + 8 % RL Solo B 7 dias MR (MPa) 233

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 234

235 1000 MR (MPa) 0,01 0,1 1 σ 3 (MPa) 100 Solo B puro Solo B + 2 % RM Solo B + 4 % RM Solo B + 6 % RM Solo B + 8 % RM Solo B 7 dias 235

236 ,01 0,1 1 σ d (MPa) Solo B puro Solo B + 2 % RM Solo B + 4 % RM Solo B + 6 % RM Solo B + 8 % RM Solo B 7 dias MR (MPa) 236

237 ,1 1 θ (MPa) Solo B puro Solo B + 2 % RM Solo B + 4 % RM Solo B + 6 % RM Solo B + 8 % RM Solo B 7 dias MR (MPa) 237

238 B PURO B 7 DIAS PURO B + 2 % RM 7 DIAS B + 4 % RM 7 DIAS B + 6 % RM 7 DIAS B + 8 % RM 7 DIAS 238

239 ,01 0,1 1 σ 3 (MPa) Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B + 4 %RL Solo B + 6 %RL Solo B+ 8 % RL Solo B 28 dias MR (MPa) 239

240 ,01 0,1 1 σ d (MPa) Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B+ 4 % RL Solo B + 6 % RL Solo B + 8 % RL Solo B 28 dias MR (MPa) 240

241 ,1 1 θ (MPa) Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B+ 4 % RL Solo B + 6 % RL Solo B + 8 % RL Solo B 28 dias MR (MPa) 241

242 B PURO B 28 DIAS PURO B + 2 % RL 28 DIAS B + 4 % RL 28 DIAS B + 6 % RL 28 DIAS B + 8 % RL 28 DIAS 242

243 ,01 0,1 1 σ 3 (MPa) Solo B puro Solo B +2%RM Solo B+4%RM Solo B +6%RM Solo B +8%RM Solo B 28 dias MR (MPa) 243

244 1000 MR (MPa) 100 0,01 0,1 1 σ d (MPa) Solo B puro Solo B + 2 %RM Solo B+ 4 % RM Solo B +6%RM Solo B + 8%RM Solo B 28 dias 244

245 1000 0,1 1 θ (MPa) 100 Solo B puro Solo B + 2 %RM Solo B+ 4 % RM Solo B +6%RM Solo B + 8%RM Solo B 28 dias MR (MPa) 245

246 B PURO B 28 DIAS PURO B + 2 % RM 28 DIAS B + 4 % RM 28 DIAS B + 6 % RM -28 DIAS B + 8 % RM 28 DIAS 246

247 ,01 0,1 1 σ 3 (MPa) Solo C puro Solo C + 2 % RL Solo C + 4 % RL Solo C + 6 % RL Solo C + 8 % RL Solo C 7 dias MR (MPa) 247

248 1000 0,01 0,1 1 σ d (MPa) 100 Solo C puro Solo C + 2 % RL Solo C + 4 % RL Solo C + 6 % RL Solo C + 8 % RL Solo C 7 dias MR (MPa) 248

249 1000 0,1 1 θ (MPa) 100 Solo C puro Solo C + 2 % RL Solo C + 4 % RL Solo C + 6 % RL Solo C + 8 % RL Solo C 7 dias MR (MPa) 249

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 250