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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
1° TEN GIUSEPPE MICELI JUNIOR
COMPORTAMENTO DE SOLOS DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
ESTABILIZADOS COM EMULSÃO ASFÁLTICA
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em
Engenharia de Transportes do Instituto Militar de Engenharia,
como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em
Ciências em Engenharia de Transportes.
Orientadores: Cap QEM José Renato Moreira da Silva de Oliveira
– D. Sc;
Prof
o
. Laura Maria Goretti da Motta – D. Sc;
Cel R/1 Álvaro Vieira – M. Sc.
Rio de Janeiro
2006
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2
c2006
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha.
Rio de Janeiro – RJ CEP: 22290-270
Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá
incluí-lo em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar
qualquer forma de arquivamento.
É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre
bibliotecas deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que
esteja ou venha a ser fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações,
desde que sem finalidade comercial e que seja feita a referência bibliográfica
completa.
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do autor e dos
orientadores.
620.1 Miceli Junior, Giuseppe
M619c
Comportamento de solos do Estado do Rio de
Janeiro estabilizados com emulsão asfáltica / Giuseppe
Miceli Junior – Rio de Janeiro: Instituto Militar de
Engenharia, 2006.
256p.: il.
Dissertação (mestrado) – Instituto Militar de
Engenharia – Rio de Janeiro, 2006.
1. Estabilização de solos. 2. Pavimentação. 3.
Mecânica dos solos. I. Título. II. Instituto Militar de
Engenharia.
CDD 620.1
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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
2006
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.
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
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 dia-
a-dia do Curso de Mestrado do IME, sendo um referencial e um exemplo vivo
para todos os engenheiros que desejam seguir a bonita carreira de
pavimentação. Agradeço ao Dr. Salomão Pinto também por ter permitido a
utilização do Laboratório de Ligantes do IPR e assim ter ajudado sobremaneira
a minha pesquisa.
Ao Tenente-Coronel de Engenharia Oriente Leal Filho, comandante do 11°
Batalhão de Engenharia de Construção (11° BECnst) , por ter permitido a
utilização de instalações, insumos e equipamentos do Destacamento de
Ipatinga (DITINGA) na construção da pista experimental e na confecção do
Anexo A desta dissertação.
Ao Capitão M.Sc William Rubbioli Cordeiro, chefe da seção técnica do 11°
BECnst, pela ajuda inestimável da construção da pista experimental, auxiliando
em sanar minhas dúvidas relativas à execução de uma pista em campo.
Agradeço ao Capitão Rubbioli também pelo convívio durante o ano passado,
por ocasião de seu Curso de Mestrado aqui no IME.
Ao 1° Tenente de Engenharia Mário Neto, comandante do Destacamento
de Ipatinga (DITINGA) por ter disponibilizado tempo, pessoal e equipamentos
para a execução da pista experimental.
7
Ao 2° Tenente OTT Cássio Murilo, engenheiro residente do Destacamento
de Ipatinga (DITINGA), pelo auxílio técnico e companhismo que marcou minha
estada por ocasião da pista experimental.
Ao CENPES/PETROBRAS pelo fornecimento das emulsões asfálticas e
pelo patrocínio dado na pesquisa.
Ao Engenheiro M.Sc Raphael Barbeto Thuller, pelo apoio na coleta do solo
A em Cachoeiras de Macacu e do solo B em Nova Friburgo, disponibilizando
tempo e meios para que esta dissertação se coroasse de sucesso.
Aos laboratoristas do IME Wanderlei e aos Sargentos Mozeika e Araújo
pela ajuda em todos os ensaios realizados no Laboratório de Solos. Sem
vocês, muitos ensaios não teriam saído!
Aos laboratoristas da COPPE/UFRJ Bororó e Glória e aos Engenheiros
M.Sc Álvaro Augusto Dellê Vianna e Rodrigo Muller pelo auxílio na execução
dos ensaios de caracterização química, dos ensaios dinâmicos e de desgaste
LWT e WTAT
Ao laboratorista do IPR, Sérgio Romário, pela dedicação, seriedade e
ajuda na caracterização das emulsões asfálticas.
Aos colegas das turmas iniciadas em 2004, 2005 e 2006, pelo
companheirismo que sempre marcou nossas conversas e nossas lutas.
8
“Então Ele me disse: A minha graça te basta;
porque o poder se aperfeiçoa na fraqueza”
II Corintios 12:9a
9
SUMÁRIO
LISTA DE ILUSTRAÇÕES..........................................................................11
LISTA DE TABELAS....................................................................................14
LISTA DE SIGLAS.......................................................................................18
LISTA DE SIMBOLOS.................................................................................19
1 INTRODUÇÃO ................................................................................ 24
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA........................................................... 29
2.1 SOLO ESTABILIZADO........................................................................... 29
2.1.1 Considerações iniciais.............................................................................................29
2.1.2 Estabilização mecânica ...........................................................................................30
2.1.3 Estabilização granulométrica...................................................................................31
2.1.4 Estabilização química..............................................................................................31
2.1.4.1 Definição...............................................................................................................................31
2.1.4.2 Efeitos da estabilização no solo............................................................................................31
2.1.4.3 Solo-cimento.........................................................................................................................33
2.1.4.4 Solo-cal.................................................................................................................................34
2.1.4.5 Materiais não convencionais.................................................................................................35
2.2 EMULSÃO ASFÁLTICA ......................................................................... 35
2.2.1 Produção e descrição de emulsões ........................................................................35
2.2.2 Clasificação das emulsões......................................................................................37
2.3 M
ECÂNICA DOS PAVIMENTOS.............................................................. 40
2.3.1 O conceito de resiliência .........................................................................................40
2.3.2 Ensaio triaxial dinâmico...........................................................................................40
2.3.3 Características resilientes de solos.........................................................................45
2.4 O SOLO-BETUME ............................................................................... 48
2.4.1 Histórico da estabilização solo-betume...................................................................48
2.4.2 A físico-química do solo-emulsão............................................................................49
2.4.2.1 Premissas básicas do sistema solo-betume-agua................................................................49
2.4.2.2 Mecanismo físico-químico do solo-emulsão .........................................................................50
2.4.3 Propriedades inerentes ao solo-emulsão:...............................................................55
2.4.3.1 O solo a ser estabilizado.......................................................................................................55
2.4.3.2 A emulsão a ser usada .........................................................................................................56
2.4.3.3 Aditivos à mistura..................................................................................................................58
2.4.4 Dosagem do solo-emulsão......................................................................................58
10
2.5 NOÇÕES DE ESTATÍSTICA APLICADA.................................................... 62
2.5.1 Planejamento de experimentos...............................................................................62
2.5.1.1 Réplica:.................................................................................................................................64
2.5.1.2 Aleatorização: .......................................................................................................................64
2.5.1.3 Blocagem..............................................................................................................................65
2.5.2 Roteiro para planejamento de experimentos ..........................................................66
2.5.3 Análise estatística de resultados.............................................................................66
2.5.3.1 Regressão simples ...............................................................................................................67
2.5.3.2 Regressão múltipla ...............................................................................................................67
3 MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................. 69
3.1 SOLOS .............................................................................................. 69
3.1.1 Introdução................................................................................................................69
3.1.2 Descrição dos solos adotados.................................................................................70
3.1.3 Coleta e preparação das amostras .........................................................................73
3.1.4 Caracterização química...........................................................................................74
3.1.5 Microscópio eletrônico de varredura .......................................................................76
3.2 EMULSÕES ASFÁLTICAS...................................................................... 78
3.2.1 Descrição das emulsões usadas neste estudo.......................................................78
3.2.2 Coleta e preparação das amostras .........................................................................79
3.3 PROCEDIMENTO DE MISTURA SOLO-EMULSÃO..................................... 79
3.4 ENSAIOS DE MISTURAS SOLO-EMULSÃO ............................................. 84
3.4.1 Ensaio de resistência à compressão simples: ........................................................84
3.4.2 Ensaio de resistência à tração indireta ...................................................................86
3.4.3 Ensaio de módulo de resiliência..............................................................................87
3.4.3.1 Ensaios de solos...................................................................................................................87
3.4.3.2 Misturas asfálticas ................................................................................................................90
3.4.4 Ensaios de desgaste ...............................................................................................91
3.4.4.1 Introdução.............................................................................................................................91
3.4.4.2 LWT (Loaded Wheel Test)....................................................................................................92
3.4.4.3 WTAT (Wet Track Abrasion Test).........................................................................................95
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISES DOS RESULTADOS.................. 97
4.1 E
NSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DESTE ESTUDO ................................... 97
4.1.1 Ensaios de caracterização dos solos ......................................................................97
4.1.2 Ensaios de caracterização de emulsões deste estudo .........................................101
4.2 E
NSAIOS DE COMPACTAÇÃO DESTE ESTUDO..................................... 102
4.3 PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL ........................................................ 104
4.3.1 Modelo de análise para a compressão simples e para o módulo ........................104
4.3.2 Modelo de análise para outros ensaios.................................................................106
11
4.4 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES............................................. 107
4.4.1 Ensaios de solos puros .........................................................................................107
4.4.2 Ensaios de solos estabilizados..............................................................................109
4.4.2.1 Experimento exploratório ....................................................................................................109
4.4.2.2 Detalhamento do experimento do solo A ............................................................................113
4.4.2.3 Detalhamento do experimento do solo B ............................................................................120
4.4.2.4 Detalhamento do experimento do solo C:...........................................................................128
4.4.2.5 Comparação com trabalhos anteriores ...............................................................................129
4.5 RESISTÊNCIA À TRAÇAO INDIRETA DOS SOLOS DESTE ESTUDO .......... 130
4.5.1 Ensaios de solos puros .........................................................................................130
4.5.2 Ensaios de solos estabilizados..............................................................................130
4.6 MÓDULO DE RESILIÊNCIA DOS SOLOS DESTE ESTUDO ....................... 133
4.6.1 Metodologia de ensaio ..........................................................................................133
4.6.2 Modelos de tensão-deformação:...........................................................................133
4.6.3 Ensaios de solos estabilizados..............................................................................141
4.6.3.1 O experimento exploratório.................................................................................................141
4.6.3.2 Detalhamento do experimento do solo A: ...........................................................................144
4.6.3.3 Detalhamento do experimento do Solo B: ..........................................................................150
4.6.3.4 Detalhamento do experimento do Solo C: ..........................................................................155
4.7 MÓDULO DE RESILIÊNCIA NA TRAÇÃO DIAMETRAL DOS SOLOS DO
ESTUDO .......................................................................................... 157
4.8 MÓDULO DE ELASTICIDADE DOS SOLOS DESTE ESTUDO .................... 159
4.9 ENSAIOS DE DESGASTE DOS SOLOS DESTE ESTUDO ......................... 161
4.9.1 LWT .......................................................................................................................161
4.9.2 WTAT.....................................................................................................................163
4.10 C
ORRELAÇÕES ENCONTRADAS NOS ENSAIOS:................................... 166
4.10.1 MR Versus RCS ...................................................................................................166
4.10.2 RCS Versus RTI..................................................................................................168
4.10.3 RCS Versus fatores...............................................................................................169
4.10.4 MR Versus fatores.................................................................................................169
4.11 E
XEMPLO DE DIMENSIONAMENTO MECANÍSTICO................................. 170
4.12 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA ...................................... 173
4.13 CONSIDERAÇÕES FINAIS:.................................................................. 174
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES DE PESQUISAS FUTURAS..... 177
5.1 CONCLUSÕES ............................................................................. 177
5.2 RECOMENDAÇÕES PARA ESTUDOS FUTUROS ...................... 180
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................. 181
12
7 APÊNDICES.................................................................................. 189
7.1 RELATO DE EXPERIMENTO DE CAMPO .................................... 189
7.2 ROTEIRO PARA UMA APLICAÇÃO DE CAMPO .......................... 209
7.3 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE MÓDULO DE RESILIÊNCIA DE
SOLOS .......................................................................................... 214
7.4 RESULTADOS DAS PLANILHAS DE ANÁLISE MECANÍSTICA
REALIZADAS PELO FEPAVE2 ..................................................... 251
7.5 PORTOFLIO DE FOTOGRAFIAS DE MEV REALIZADAS NESTE
TRABALHO ................................................................................... 259
8 ANEXO.......................................................................................... 264
8.1 RESUMO DOS PRINCIPAIS TRABALHOS APRESENTADOS
SOBRE SOLO-EMULSÃO............................................................. 265
13
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIG. 1.1 Base de solo-betume aplicada na RJ-176 (Nova Friburgo -
Sumidouro), com revestimento de tratamento superficial, após 24
anos de uso (THULLER, 2005) .......................................................... 26
FIG. 2.1 Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas............... 36
FIG. 2.2 Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas............... 36
FIG. 2.3 Classificação das emulsões asfálticas catiônicas, segundo a ABNT-
P-EB-472 (PINTO, 1998) ................................................................... 39
FIG. 2.4 Tela de programa de aquisição de dados no equipamento triaxial
dinâmico do IME................................................................................. 42
FIG. 2.5 Equipamento triaxial dinâmico do IME ............................................... 42
FIG.2.6 Distribuição do filme betuminoso na massa de solo: 1-grão de solo;
2- vazios de ar; 3- água intergranular; 4- filme betuminoso; a -
contato entre os grãos (KEZDI ,1979)................................................ 50
FIG. 2.7 Estabilização de uma areia argilosa pura com emulsão asfáltica: (a)
solo puro; (b) solo + 4 %; (c) solo + 8 %. (JACINTHO et al. 2005)..... 51
FIG. 2.8 Estabilização de uma areia pura com emulsão asfáltica: (a) solo
puro; (b) solo + 4 %; (c) solo + 8 %. (JACINTHO et al. 2005) ............ 52
FIG. 2.9 Forças de adesão atuantes entre as fases do solo-emulsão ............. 53
FIG. 2.10 Intervalos de atuação de emulsões aniônicas e catiônicas................ 57
FIG. 2.11 Representação gráfica dos fatores a, b, c e d da EQ 2.10 na curva
granulométrica (KEZDI, 1979)............................................................ 60
FIG. 2.12 Representação gráfica da EQ 2.12 (KEZDI, 1979)............................. 61
FIG. 3.1 Aspecto da Jazida do Solo A deste estudo, em Cachoeiras de
Macacu/RJ ......................................................................................... 71
FIG.3.2 Detalhe da Jazida do Solo A deste estudo.......................................... 71
FIG.3.3 Aspecto do Talude de Ocorrência do Solo B deste estudo, em Nova
Friburgo/RJ ........................................................................................ 72
FIG.3.4 Detalhe da Jazida do Solo B deste estudo......................................... 72
FIG.3.5 Detalhe do local de ocorrência do Solo C deste estudo, no DCMun,
em Paracambi/RJ............................................................................... 73
14
FIG. 3.6 Detalhe do local de ocorrência do Solo C deste estudo....................... 73
FIG. 3.7 Detalhe do Microscópio Eletrônico de Varredura do IME..................... 77
FIG. 3.8 Detalhe das bases, sem amostras, onde são postas as amostras no
Microscópio Eletrônico de Varredura do IME. .................................... 77
FIG. 3.9 Aparelho de destilação para caracterizar emulsões asfálticas, do
IPR, utilizado neste estudo................................................................. 78
FIG. 3.10 Aparelho de carga de partícula para emulsões asfálticas, do IPR,
utilizado neste estudo......................................................................... 79
FIG. 3.11 Comparação entre (a) gs versus umidade (%) e (b) gs versus
teor de fluidos(%) (JACINTHO, 2005)................................................ 81
FIG. 3.12 Detalhe da prensa de resistência à compressão simples eletrônica
do IME, usada neste estudo............................................................... 85
FIG. 3.13 Detalhe da tela do sistema da captação de dados do IME, utilizada
neste estudo para a RCS ................................................................... 86
FIG. 3.14Exemplo da planilha de cálculo de módulo resiliente do IME.............. 89
FIG. 3.15 Detalhe do equipamento de ensaio de compressão diametral de
carga repetida com corpo-de-prova de solo-emulsão, do IME........... 91
FIG. 3.16 Detalhe da tela de aquisição de dados do ensaio de compressão
diametral de carga repetida, do IME. ................................................. 91
FIG. 3.17 Foto do equipamento LWT (Loaded Wheel Test) da COPPE – vista
de cima - preparado para ensaio de solo .......................................... 93
FIG. 3.18 Equipamento WTAT (Wet Track Abrasion Test), da COPPE, com
camada de solo a ser testada. ........................................................... 95
FIG. 4.1 Granulometria dos solos estudados ..................................................... 98
FIG. 4.2 Fotografia em MEV, de solo A + 8 % RL-1C, com ampliação de 500
vezes, com destaque em preto de filme betuminoso encontrado. ... 101
FIG. 4.3 Curva de compactação para os solos estudados............................... 103
FIG. 4.4 Padrão de ruptura encontrado nos ensaios de compressão simples
de solos puros.................................................................................. 108
FIG. 4.5 Resultados dos ensaios de RCS Solo A + RL.................................... 114
FIG. 4.6 Resultado dos ensaios de RCS Solo A + RM..................................... 114
FIG. 4.7 Comparação RL versus RM – RCS Solo A + 2 %.............................. 117
FIG. 4.8 Comparação RL versus RM – RCS Solo A + 4 %.............................. 117
15
FIG. 4.9 Comparação RL versus RM – RCS Solo A + 6 %.............................. 118
FIG. 4.10 Comparação RL versus RM – RCS Solo A + 8 %........................... 118
FIG. 4.11 Comparação Ruptura imediata versus Cura úmida – RCS Solo A.. 120
FIG. 4.12 Resultado dos ensaios de RCS Solo B + RL.................................... 121
FIG. 4.13 Resultado dos ensaios de RCS Solo B + RM................................... 122
FIG. 4.14 Comparação RL versus RM – RCS Solo B + 2 %........................... 125
FIG. 4.15 Comparação RL versus RM – RCS Solo B + 4 %........................... 125
FIG. 4.16 Comparação RL versus RM – RCS Solo B + 6 %........................... 126
FIG. 4.17 Comparação RL versus RM – RCS Solo B + 8 %........................... 126
FIG. 4.18 Comparação Ruptura imediata versus Cura úmida – RCS Solo B... 127
FIG. 4.19 Resultados de RCS do Solo C + RL................................................. 128
FIG. 4.20 Resultados de RTI do Solo A + RL................................................... 131
FIG. 4.21 Resultados de RTI do Solo B + RL................................................... 132
FIG. 4.22 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ
3
– Solo A puro...... 134
FIG. 4.23 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ
d
– Solo A puro...... 134
FIG. 4.24 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo A puro ....... 135
FIG. 4.25 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ
3
– Solo B puro....... 135
FIG. 4.26 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ
d
– Solo B puro....... 136
FIG. 4.27 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo B puro ........ 136
FIG. 4.28 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ
3
– Solo C puro....... 137
FIG. 4.29 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus σ
d
– Solo C puro....... 137
FIG. 4.30 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo C puro. ....... 138
FIG. 4.31 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo A puro..................................................... 140
FIG. 4.32 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo A puro após 7 dias .................................. 140
FIG. 4.33 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo A puro após 28 dias ................................ 140
FIG. 4.34 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo B puro...................................................... 140
FIG. 4.35 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo B puro após 7 dias .................................. 140
FIG. 4.36 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo B puro após 28 dias ............................... 140
FIG. 4.37 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo C puro ..................................................... 141
FIG. 4.38 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo C puro após 7 dias................................. 141
FIG. 4.39 MR versus σ
3
, σ
d
– Solo A com 2 % RL-1C – cura de 7 dias ......... 145
FIG. 4.40 MR versus σ
3
, σ
d
– Solo A com 2 % RL-1C – cura de 28 dias ........ 145
FIG. 4.41 MR versus σ
3
- Solo A com cura úmida, sem e com emulsão ......... 148
16
FIG. 4.42 MR versus σ
d
– Solo A com cura úmida, sem e com emulsão........ 149
FIG. 4.43 Deformação permanente em ensaio de módulo – Solo A – (a) cura
úmida – (b) cura seca....................................................................... 149
FIG. 4.44 MR versus σ
3
, σ
d
– Solo B com 4% RL-1C – ruptura com 7 dias.... 151
FIG. 4.45 MR versus σ
3
, σ
d
– Solo B com 4% RL-1C – ruptura com 28 dias.. 151
FIG. 4.46 MR versus σ
3
– Solo B com cura úmida.......................................... 154
FIG. 4.47 MR versus σ
d
– Solo B com cura úmida......................................... 154
FIG. 4.48 Deformação permanente em ensaio de módulo – Solo B – (a) cura
úmida – (b) cura seca....................................................................... 155
FIG. 4.49 Resultados dos ensaios cíclicos de módulo na tração diametral –
Solo A estabilizado com 7 dias de cura seca ................................... 157
FIG. 4.50 Resultados dos ensaios cíclicos de módulo na tração diametral –
Solo B estabilizado com 7 dias de cura seca ................................... 158
FIG. 4.51 Esboço, nesta curva, da obtenção do módulo de elasticidade......... 159
FIG. 4.52 Resultados do LWT – Solo A puro versus Solo A + 2% RL-1C........ 162
FIG. 4.53 Resultados do LWT – Solo B puro versus Solo B + 4% RL-1C........ 162
FIG. 4.54 Resultados do WTAT – Solo A puro versus Solo A + 2% ............... 164
FIG. 4.55 Resultados do WTAT – Solo B puro versus Solo B + 4% ............... 164
FIG. 4.56 Detalhe do ensaio de WTAT do Solo B............................................ 165
FIG. 4.57 Correlação RCS x k
1
........................................................................ 167
FIG. 4.58 Correlação RCS x k
2
, k
3
................................................................... 167
FIG. 4.59 Correlação RCS VERSUS RTI......................................................... 168
FIG. 4.60 Esquema dos tipos de estrutura a serem analisados....................... 171
FIG. 4.61 MEV Solo A puro.............................................................................. 173
FIG. 4.62 MEV Solo A com 4% RL-1C (Ampliação 500 X) .............................. 173
FIG. 4.63 MEV Solo B puro.............................................................................. 174
FIG. 4.64 MEV Solo B com 4 % RL-1C (Ampliação 500 X) ............................. 174
FIG. 4.65 Parte dos corpos-de-prova ensaiados neste trabalho ...................... 174
17
LISTA DE TABELAS
TAB. 2.1 Lista dos ensaios de classificação de solos ....................................... 33
TAB. 2.2 Ensaios de classificação de emulsões asfálticas ............................... 38
TAB. 2.3 Níveis de tensões do ensaio de módulo de resiliência para solos
granulares (MEDINA e MOTTA, 2005)............................................... 43
TAB. 2.4 Níveis de tensões do ensaio de módulo de resiliência para solos
plásticos (MEDINA e MOTTA, 2005).................................................. 44
TAB. 2.5 Níveis de tensões da fase de condicionamento do ensaio de
módulo de resiliência (MEDINA e MOTTA, 2005).............................. 44
TAB. 2.6 Expressões que relacionam o CBR e o MR (CHAGAS,2004)............ 45
TAB. 2.7 Requisitos granulométricos e de plasticidade de solos a serem
estabilizados segundo várias fontes................................................... 56
TAB. 2.8 Parâmetros de dosagem de solo-emulsão em algumas fontes........... 59
TAB. 3.1 Ensaios de caracterização dos solos .................................................. 74
TAB. 3.2 Ensaios realizados no IPR .................................................................. 78
TAB. 4.1 Resultados de caracterização dos solos ............................................. 98
TAB. 4.2 Caracterização química dos solos....................................................... 99
TAB. 4.3 Caracterização química dos solos – Ataque sulfúrico ......................... 99
TAB. 4.4 Minerais presentes nos solos – Levantamento por meio do.............. 100
TAB. 4.5 Ensaios de caracterização da emulsão RM-1C................................. 102
TAB. 4.6 Ensaios de caracterização da emulsão RL-1C.................................. 102
TAB. 4.7 Níveis e fatores trabalhados na pesquisa exploratória...................... 105
TAB. 4.8 Resultados dos ensaios de RCS – Solos A , B e C puros................. 108
TAB.
4.9 Resultados dos ensaios de RCS – Solos com cura de 7 dias........... 108
TAB. 4.10 Resultados dos ensaios de RCS – Solos com cura de 28 dias....... 109
TAB. 4.11 Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com solos de estudo ... 110
TAB. 4.12 Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com solos de estudo ... 111
TAB. 4.13 Planilha de resultados do experimento exploratório........................ 111
TAB. 4.14 Plano experimental do detalhamento .............................................. 112
TAB. 4.15 Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova do solo A ...... 113
TAB. 4.16 Resultados da análise estatística - Solo A + RL-1C – Cura 7 dias.. 115
18
TAB. 4.17 Resultados da análise estatística- Solo A + RL-1C – Cura 28 dias. 115
TAB. 4.18 Resultados da análise estatística- Solo A + RM-1C – Cura 7 dias.. 116
TAB. 4.19 Resultados da análise estatística- Solo A + RM-1C –Cura 28 dias. 116
TAB. 4.20 Solo A + RL-1C – Cura úmida de 7 dias ......................................... 119
TAB. 4.21 Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova, para Solo B . 121
TAB. 4.22 Resultados da análise estatística- Solo B + RL-1C – Cura 7 dias... 123
TAB. 4.23 Resultados da análise estatística- Solo B + RL-1C –Cura 28 dias.. 123
TAB. 4.24 Resultados da análise estatística- Solo B + RM-1C –Cura 7 dias... 123
TAB. 4.25 Resultados da análise estatística- Solo B + RM-1C –Cura 28 dias. 123
TAB. 4.26 Solo B + RL-1C – Cura úmida de 7 dias ......................................... 128
TAB. 4.27 Solo C + RL-1C – Cura seca de 7 dias ........................................... 128
TAB. 4.28 Análise estatística para Solo C + RL-1C – Cura de 7 dias .............. 129
TAB. 4.29 Resultados dos ensaios de RTI – Solos A e B puros e com 7 dias
de secagem ao ar............................................................................. 130
TAB. 4.30 Análise estatística para Solo A + RL-1C – Cura de 7 dias .............. 131
TAB. 4.31 Análise estatística para Solo B + RL-1C – Cura de 7 dias .............. 132
TAB. 4.32 Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência – Solos
puros ................................................................................................ 139
TAB. 4.33 Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência – Solos
ensaiados após 7 dias de moldagem............................................... 139
TAB. 4.34 Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência – Solos
ensaiados após 28 dias de moldagem............................................. 139
TAB. 4.35 Módulo de resiliência – parte da planilha de experimento
exploratório ...................................................................................... 142
TAB. 4.36 Planilha de resultados do experimento exploratório do MR ............ 143
TAB. 4.37 Planilha de resultados de módulo do Solo A – Modelo composto... 144
TAB. 4.38 Planilha de resultados de módulo do Solo A – MR versus σ
3
.......... 146
TAB. 4.39 Planilha de resultados de módulo do Solo A – MR versus σ
d
.......... 146
TAB. 4.40 Planilha de resultados de módulo do Solo A – MR X θ ................... 147
TAB. 4.41 Planilha de resultados de módulo do Solo B – Modelo composto... 150
TAB. 4.42 Planilha de resultados de módulo do Solo B – MR versus σ
3
.......... 152
TAB. 4.43 Planilha de resultados de módulo do Solo B – MR versus σ
d
.......... 152
TAB. 4.44 Planilha de resultados de módulo do Solo B – MR versus θ .......... 153
19
TAB. 4.45 Planilha de resultados de módulo do Solo C – Modelo composto... 156
TAB. 4.46 Planilha de resultados de módulo do Solo C – MR versus σ
3
......... 156
TAB. 4.47 Planilha de resultados de módulo do Solo C – MR versus σ
d
........ 156
TAB. 4.48 Planilha de resultados de módulo do Solo C – MR versus θ........... 156
TAB. 4.49 Módulo de elasticidade de solos puros............................................ 160
TAB. 4.50 Módulo de elasticidade do Solo A ................................................... 160
TAB. 4.51 Módulo de elasticidade do Solo B ................................................... 160
TAB. 4.52 Módulo de elasticidade do Solo C ................................................... 160
TAB. 4.53 Peso perdido do corpo-de-prova durante ensaio WTAT ................ 166
TAB. 4.54 Valores dos fatores utilizados na regressão múltipla....................... 169
TAB. 4.55 Resultados de cálculo de parâmetros as alternativas de estruturas
calculadas pelo FEPAVE2 ............................................................... 172
20
LISTA DE SIGLAS
AASHTO American Association of State Highway and Transportation
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM American Society for Testing and Materials
BECnst Batalhão de Engenharia de Construção
CAP Cimento Asfáltico de Petróleo
CBR Califórnia Bearing Ratio
CBUQ Concreto betuminoso usinado a quente
CENPES Centro de Pesquisas da Petrobrás
COPPE Instituto Alberto Luiz Coimbra de Coordenação de Pós-
Graduação e Pesquisa de Engenharia da UFRJ
DCMun Depósito Central de Munição
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes
IME Instituto Militar de Engenharia
IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias
LVDT Linear Variable Differential Transformer
LWT Loaded Wheel Test
MCT Miniatura Compactado Tropical
MEV Microscópio Eletrônico de Varredura
PETROBRAS Petróleo Brasileiro S/A
PMF Pré-Misturado a Frio
RCD Rejeitos de Construção e Demolição
UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro
WTAT Wet Track Abrasion Test
21
LISTA DE SIMBOLOS
ε
t
Deformação de tração
ε
r
Deformação resiliente
k
1,
, k
2
, k
3
, k
4
Coeficientes das equações de módulo resiliente
K Constante
θ Invariante de tensões
σ
1
, σ
2,
σ
3
Tensões principais atuantes
σ
d
Tensão desvio atuante
σ
t
Tensão de tração atuante
22
RESUMO
O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento de solos do Estado do
Rio de Janeiro estabilizados com emulsão asfáltica, não se restringindo aos
ensaios usuais de determinação de resistência, mas utilizando-se também de
ensaios mais modernos e recentes, como o módulo de resiliência, o LWT (Load
Wheel Test) e o WTAT (Wet Track Abrasion Test). O estudo em laboratório é
complementado ainda com análises feitas em microscópio eletrônico de
varredura (MEV). Foi feita ainda uma experiência de campo em Minas Gerais
que auxiliou na avaliação da seqüência de execução do solo-emulsão em pista.
Foi verificado que o acréscimo de emulsão age diferente para solos granulares
e finos, modificando significativamente o comportamento mecânico das duas
categorias de solos, especialmente melhorando o solo granular analisado,
tornando viável a utilização deste tipo de solo melhorado à luz da Mecânica
doa Pavimentos.
23
ABSTRACT
The aim of this study is to analyze the behavior of three Rio de Janeiro soils
when stabilized with asphalt emulsion using not only the usual tests, but also
some recent and modern ones, like the resilient modulus test, the Loaded
Wheel Test (LWT) and the Wet Track Abrasion Test (WTAT). The study is also
complemented with electronic microscope photos and a field experience in the
Minas Gerais State, which helped in soil-emulsion technique. Emulsion addition
modifies the structure and the mechanical behavior of granular and fine solis in
different ways, the granular soils tend to have a better improvement in
mechanical issues than the fine soils.
24
1 INTRODUÇÃO
O mundo passa por um momento único, inimaginável há alguns anos atrás.
O advento do computador pessoal e o maior desenvolvimento das
telecomunicações são alguns sinais de que rapidez é a chave para se vencer
hoje. Para isso, é necessário que o país que deseja se desenvolver invista em
infra-estrutura, de modo a atender melhor às necessidades de seus cidadãos e
das nações do mundo.
Parte dessa infra-estrutura passa pelo sistema de transporte de um país.
Considerando o desafio relativo ao desenvolvimento que o Brasil almeja e a
respectiva necessidade de crescimento econômico, investimentos têm-se
tornado cada vez mais necessários.
O escasso inter-relacionamento entre os núcleos de polarização econômica
vem gerando elevados custos nas relações produtor-consumidor, pela
ausência de meios de transporte adequados. Dentre os problemas de
transporte, ganha realce a infra-estrutura das vias, por ser fator de integração
econômica entre seus pólos de desenvolvimento e corredor primordial de
escoamento da produção nacional destinadas à exportação.
Dentre a miríade de rodovias que fazem parte da malha nacional, tem
destaque um grupo que se caracteriza pelo baixo volume de tráfego. São vias
com pouca movimentação de veículos e que em tese não precisariam de
muitos requisitos para sua construção, mas que beneficiariam diretamente a
população que vive às suas margens.
O baixo volume de tráfego dessas vias repercute de maneira negativa e
positiva para sua pavimentação. Negativa porque são levados em
consideração apenas o custo da obra e a população diretamente atingida.
Positiva porque o baixo volume deve acarretar um pavimento bem mais
econômico (THULLER, 2005).
Por outro lado, é cada vez mais difícil a construção de rodovias hoje em dia,
de acordo com as normas atuais de conservação ambiental, principalmente
pelo passivo ambiental que uma obra como essa provoca.
25
Outro aspecto importante é que há cada vez menos disponibilidade desses
materiais. Todavia, diversas formas alternativas de pavimentação têm sido
pesquisadas a ponto de minimizar todos esses danosos efeitos, tais como:
• A pavimentação com solos finos de comportamento laterítico,
consagrada em vários estados brasileiros, especificamente no
Estado de São Paulo;
• Reutilização e reciclagem dos rejeitos oriundos da própria obra ou
como os resíduos de construção e demolição (RCD) em usos menos
nobres, ou seja, em camadas que não necessitam de uma
capacidade de suporte maior, como o relatado em FERNANDES
(2004);
• A estabilização de solos, que possibilita que um solo local não
recomendado para uso em pavimentação tenha suas características
de resistência e durabilidade melhoradas, permitindo-se assim seu
emprego.
É dentro desse último contexto que se localiza o solo-emulsão, ou seja, a
estabilização de solos com emulsões asfálticas. Segundo SENÇO (2001), dá-
se o nome de estabilização betuminosa aos métodos de construção onde um
material betuminoso (no caso, a emulsão asfáltica de petróleo) é adicionado a
um solo, ou mistura de solos, visando a melhoria das características desse
solo, e a melhoria das características rodoviárias, quer para a construção de
base, quer para a construção de revestimento. Em particular, solo-asfalto é
uma mistura de solo, ou solo mais agregado, com asfaltos diluídos ou
emulsões asfálticas às suas temperaturas próprias de aplicação e em
dosagens adequadas, misturas essas que devidamente compactada, nivelada
e protegida por uma camada de rolamento, apresenta boas condições de
durabilidade e trafegabilidade.
No Brasil, segundo SANTANA (1978), a primeira menção ao uso de solo-
asfalto ocorreu no ano de 1959, na construção de um segmento de 8
quilômetros da BR-135/MA, com o nome de “tratamento contra pó” . Em 1966,
foi feita uma inspeção da rodovia e este trecho se apresentou “em ótimo
estado”. A partir daí, tentou-se pesquisar uma metodologia para revestimento
de rodovias com baixo volume de tráfego. THULLER (2005) relata que na RJ-
26
176, foi utilizada, por volta de 1979, uma base com solo-betume em um trecho
de 9 km. Essa base inicialmente ficou sem revestimento por cerca de 6 meses
por motivos não técnicos e se comportou bem, e a seguir foi revestida com
tratamento superficial. Esta foto feita em 2003, portanto 24 anos após, mostra a
base com boas condições ainda, mesmo com o revestimento bastante
degradado, como na FIG 1.1 (THULLER,2005).
FIG. 1.1 Base de solo-betume aplicada na RJ-176 (Nova Friburgo -
Sumidouro), com revestimento de tratamento superficial, após 24 anos de uso
(THULLER, 2005)
Entretanto, a quantidade de pesquisas sobre o tema no país é pequena e o
volume de obras executadas com essa técnica é quase nulo em relação a
outras técnicas. O aumento do preço do petróleo no mercado internacional
levou ao aumento do custo da emulsão asfáltica, inviabilizando grande parte
das suas aplicações, tornando as obras de pavimentação bem mais caras.
Com o avanço da Mecânica dos Pavimentos, surgiram ensaios bem mais
avançados que os existentes na década de 70, que melhoram a avaliação dos
materiais e da resistência do pavimento: sai de cena a análise empírica,
baseada fortemente em ensaios in loco e entra em seu lugar a análise
mecanística, baseada em medições de tensões e deformações medidas em
equipamentos bem mais avançados como o triaxial dinâmico.
27
Existem várias pesquisas que possuem o solo-asfalto como tema, as quais
serão detalhadas mais adiante. Exemplos dessas pesquisas estão em anais de
diversas Reuniões Anuais de Pavimentação, notadamente da época entre 1982
a 1992. Destaca-se o artigo de MATTOS et al. (1991), onde até se sugere uma
inédita norma de execução de estabilização com betume para ser aprovada
pelo então IPR/DNER. Entretanto, esse esboço de metodologia ainda se
baseia em conceitos empírico-experimentais, como o CBR, para obtenção de
alguns dados de resistência e durabilidade para a boa execução da obra.
É importante um resgate e uma nova avaliação das pesquisas feitas
anteriormente para ampliar o conhecimento conseguido sobre o solo-emulsão,
ampliando a discussão sobre os prós e os contras da aplicação dessa técnica
nos dias atuais, incluindo a análise da influência desta estabilização sob o
ponto de vista da Mecânica dos Pavimentos.
Neste contexto, o objetivo central deste estudo é a caracterização e o
estudo de três solos do Estado do Rio de Janeiro estabilizados com emulsão
asfáltica, em relação à deformabilidade, com o auxílio de métodos da Mecânica
dos Pavimentos.
Este trabalho faz parte de um projeto de pesquisa intitulado TAPTS
(Tratamento Anti-Pó e Tratamento Superficial) que é financiado pelo programa
CTPETRO-FINEP-PETROBRAS, coordenado pela COPPE/UFRJ e com a
participação do IME, USP-SP, UFMG e UFPA. Em cada uma destas
universidades está sendo desenvolvida uma parte do projeto.
A presente dissertação está estruturada em 5 capítulos, 5 apêndices e 1
anexo que tratam dos seguintes assuntos:
Capítulo 1 – Introdução. Trata-se do presente capítulo.
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica. São apresentados os conceitos
relacionados com estabilização de solos e a Mecânica dos Pavimentos. São
apresentados os conceitos básicos do solo-emulsão, sob o aspecto físico-
químico e experimental, baseado no que já foi estudado anteriormente. É
apresentado também um estado da arte da técnica no Brasil e no mundo, com
base no que foi possível encontrar em congressos e encontros de
pavimentação;
28
Capítulo 3 – Materiais e Métodos. São apresentados os materiais utilizados
nos experimentos realizados, assim como a descrição dos métodos de ensaios
e procedimentos utilizados na fase experimental;
Capítulo 4 – Apresentação e Análises dos resultados. São apresentados
todos os resultados obtidos neste trabalho sendo realizadas as análises dos
mesmos, incluindo um exemplo de dimensionamento de pavimento com e sem
emulsão asfáltica.
Capítulo 5 – Conclusões e Recomendações – São apresentadas as
conclusões finais obtidas e as sugestões para futuras pesquisas.
No Apêndice A encontra-se o relatório da aplicação da técnica de
estabilização com emulsão asfáltica em uma experiência no município de
Iapu/MG, com a participação do 11° Batalhão de Engenharia de Construção.
No Apêndice B é apresentado um roteiro de dimensionamento de
pavimentos com e sem emulsão asfáltica, acompanhado por um relato de
como seria sua execução em campo.
No Apêndice C apresentam-se os resultados obtidos nos ensaios de
módulo de resiliência dos solos puros e das misturas estabilizadas.
No Apêndice D apresentam-se as planilhas de resultado de cálculo de
pavimentos através do FEPAVE.
No Apêndice E é apresentado um portfólio com todas as fotografias de
microscopia eletrônica de varredura (MEV) de solos puros e das misturas
estabilizadas.
No Anexo A encontra-se um quadro-resumo dos principais trabalhos já
apresentados em Reuniões Anuais de Pavimentação.
29
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 SOLO ESTABILIZADO
2.1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Quando o engenheiro que projeta uma estrutura ou obra de terra se depara
com um solo ou terreno de má qualidade, ele pode adotar uma das seguintes
atitudes, (MEDINA e MOTTA, 2004):
a) Evitar ou contornar o solo ruim: por exemplo, adaptar o traçado de uma
estrada de modo a contornar uma área pantanosa ou modificar o greide da
estrada de modo a evitar uma camada de solo expansivo;
b) Remover o solo ruim e substituí-lo por outro de boa qualidade, por
exemplo, construir aterro de material arenoso com expulsão e dragagem de
turfa e argila mole subjacente, ou manter o greide de uma estrada escavando a
camada de solo argiloso do subleito;
c) Projetar a estrutura ou obra de terra para situação de terreno de
fundação má (“conviver” com a situação difícil), por exemplo, aterro “flutuante”
que recalque e seja renivelado após algum tempo, ou calcular a espessura do
pavimento para as condições de solo expansivo do subleito num corte;
d) Tratar o solo de modo a melhorar suas propriedades mecânicas e
susceptibilidade aos efeitos ambientais: por exemplo, pré-comprimindo ou
promovendo a drenagem com drenos verticais na argila do subsolo sob um
aterro, ou misturando cal ao solo expansivo do subleito de um pavimento.
Entre essas quatro alternativas, a última é chamada de estabilizar um solo.
Estabilização de um solo, segundo MEDINA e MOTTA (2004), é o
tratamento a que se submete um solo para melhorar-lhe as características de
resistência, sejam elas a diminuição da compressibilidade, a melhoria de sua
resistência ao cisalhamento, e o aumento ou diminuição da permeabilidade.
Os processos de estabilização de solos são agrupados didaticamente sob
os seguintes aspectos, de acordo com MEDINA e MOTTA (2004):
30
• Melhoria geral de propriedades do solo – Compactação: é o processo
mais simples e que atinge todas as propriedades;
• Melhoria radical das propriedades principais – Adição de produtos
químicos (cimento Portland, cal, cinzas volantes, ligantes betuminosos,
rejeitos industriais, etc);
• Melhoria moderada de solos de fronteira (quase satisfazem a
especificações) – Estabilização granulométrica (mistura de um ou mais
solos ou materiais). Solo modificado por pequenas porções de produtos
químicos (cimento, cal, etc);
• Tratamento contra água ou impermeabilização – Asfalto, produtos
químicos e membranas;
• Tratamento contra poeira e erosão – Cloreto de sódio, cloreto de cálcio,
etc;
Cresce também o uso de materiais diversificados para estabilização de
solos: rejeitos industriais, rejeitos de construção civil, geotêxteis. Estes últimos
possuem como principal característica a de melhorar o solo sem interferir de
forma direta no mesmo.
A escolha do produto adequado a ser usado depende do uso para o qual é
pretendido. A quantidade de estabilizante é geralmente determinada por testes
laboratoriais de dosagem, que envolvem ensaios de durabilidade e de
susceptibilidade ao tempo, que simulam as condições de trabalho no campo.
O comportamento de cada produto é muito diferente de outros: cada um
tem seu uso particular e em conseqüência, cada um tem sua limitação.
Os principais tipos de estabilização, com seu respectivo mecanismo, são a
estabilização mecânica, a estabilização granulométrica e a estabilização
química, que passam a ser detalhados a seguir.
2.1.2 ESTABILIZAÇÃO MECÂNICA
Trata-se do método mais utilizado e mais antigo nas construções das
estradas. Por aplicação de uma energia externa de compactação aplicada ao
solo diminuem-se os vazios tornando-os mais resistentes aos esforços
31
externos, alterando-se a compressibilidade e a permeabilidade do solo sendo
usado em conjunto com os outros dois métodos de estabilização (MEDINA e
MOTTA, 2004).
2.1.3 ESTABILIZAÇÃO GRANULOMÉTRICA
Consiste na mistura de dois ou mais solos, de forma íntima, e sua posterior
compactação. Procura-se obter mistura densamente graduada e de fração fina
plástica limitada. De fato, VOGT (1971) exemplifica como uma mistura de areia
e argila em proporção definida e compactada na umidade ótima.
Porém, existem materiais naturais que podem ser utilizados sem mistura ou
adição, mesmo assim, as especificações de materiais para base ou sub-base
recebem o nome de “base estabilizada granulometricamente”. (MEDINA e
MOTTA, 2004)
2.1.4 ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA
2.1.4.1 DEFINIÇÃO
Consiste na adição de um ou mais produtos químicos (agente
estabilizador) que, ao solidificarem ou reagirem com as partículas de solo
aglomeram-nas, vedam os poros ou tornam o solo repelente à água. Quando
se utiliza a cal o efeito químico é mais importante; quando se utiliza o cimento
portland e a emulsão asfáltica existe tanto efeito químico quanto físico.
(MEDINA e MOTTA, 2004).
2.1.4.2 EFEITOS DA ESTABILIZAÇÃO NO SOLO
Segundo MEDINA e MOTTA (2004), quando se forma a mistura solo-
estabilizador pode ocorrer que o estabilizador forme ou não uma matriz
contínua com solo. Na matriz contínua o agente estabilizador preenche todos
32
os poros e as partículas de solo ficam nela mergulhadas como se fosse um
inerte de enchimento. Neste caso as propriedades do sistema são
essencialmente as da matriz e as propriedades mecânicas do estabilizador
predominam. É o caso do solo estabilizado com cimento. Na matriz
descontínua o estabilizador não preenche todos os poros e então podem
ocorrer três modos de ação:
• Modificação das características das superfícies das partículas (por
exemplo: a cal);
• Vedação inerte dos poros (por exemplo: o silicato de cálcio);
• Interconexão das partículas de solo por pontos de contato (por exemplo:
solo melhorado com cimento).
Como reações físicas resultantes da mistura solo-estabilizador podem-se
listar:
• Hidratação: por exemplo, cimento portland;
• Evaporação: por exemplo, emulsões asfálticas;
• Adsorção: por exemplo, impermeabilizantes.
Como exemplo de reações químicas poderiam ser citados: troca catiônica,
carbonatação e cimentação que ocorrem nos grãos de solo.
O agente químico também modifica as relações solo-água, principalmente
nos solos argilosos. Ocorre que as partículas de argila de dimensões coloidais
apresentam carga elétrica superficial predominantemente negativa que atrai os
cátions adsorvidos hidratados. Isto pode alterar ou ser alterado conforme se
queira quando se introduz os elementos químicos, aumentando ou diminuindo
a concentração de eletrólitos na água, por exemplo. A agregação é o fenômeno
físico-químico mais importante para a estabilização de solos argilosos visto que
muda a dupla camada dos argilominerais (MEDINA e MOTTA, 2004).
Seja qual for o estabilizante a ser usado, a escolha do produto deve ser
baseada no efeito desejado a ser acrescentado ao solo. Devem ser feitos
ensaios para se avaliar a efetividade da estabilização. Os testes convencionais
a serem feitos para se avaliar eventuais mudanças de características no solo e
na mistura solo-estabilizante estão na TAB 2.1.
33
TAB. 2.1 Lista dos ensaios de classificação de solos
ENSAIO DISCRIMINAÇÃO
DNER ME 041/94 Preparação de amostras para caracterização
DNER ME 051/94 Análise granulométrica
DNER ME 082/94 Determinação do limite de plasticidade
DNER ME 122/94 Determinação do limite de liquidez
DNER ME 129/94 Compactação de amostras deformadas
DNER ME 049/94 Índice de suporte Califórnia (CBR)
Em termos de capacidade de carga, é importante salientar que o ensaio de
CBR não deve ser o ensaio de avaliação da estabilização, já que o princípio
deste ensaio não se aplica a este tipo de material (MEDINA e MOTTA, 2004).
O solo-emulsão, objeto dessa tese, será estudado em tópico específico;
serão abordados a seguir sucintamente os principais tipos de estabilizações
conhecidos e aplicados no Brasil: o solo-cimento e o solo-cal.
2.1.4.3 SOLO-CIMENTO
A estabilização de solos por cimento é um processo bastante conhecido no
mundo e no Brasil, e é dividida em categorias, de acordo com o modo como a
mistura é feita (KEZDI, 1979; MEDINA e MOTTA, 2004):
a) Solo-cimento: é um material endurecido pela cura de uma mistura íntima
compactada mecanicamente de solo pulverizado, cimento portland e água,
sendo esse endurecimento avaliado por critérios de durabilidade e resistência à
compressão simples de corpos de prova. Normalmente é utilizado como base
ou sub-base;
b) Solo modificado: é um material não endurecido ou semi-endurecido que é
julgado pela alteração dos índices físicos e ou capacidade de suporte do solo.
Utiliza-se um teor baixo de cimento que não deve ser maior que 5%. Pode ser
utilizado como base, sub-base ou subleito;
c) Solo-cimento plástico: difere do solo-cimento definido antes por ser
utilizada uma quantidade maior de água durante a mistura de forma a produzir
uma consistência de argamassa na ocasião da colocação. Não é usado em
34
construção de estruturas de pavimentos, mas sim como revestimentos de
taludes e canais. Para maiores detalhes ver em MARANGON (1992).
O tratamento com o cimento faz a plasticidade cair bastante com
quantidades crescentes de cimento. Quanto à densidade máxima e teor ótimo
de umidade não há grandes variações em relação ao solo puro. Para que a
estabilização com cimento seja viável economicamente, o solo deve ser mais
arenoso que argiloso. (YODER e WITCZAK, 1975; MEDINA e MOTTA, 2004)
O método de dosagem estabelecido pela ABNT NBR 12253 prevê: realizar
ensaio de resistência a compressão simples de corpos de prova moldados no
cilindro Proctor, após cura de 7 dias, com vários teores de cimento. O teor de
cimento que conduzir à resistência de 2,0 MPa é o teor de projeto do solo-
cimento.
Há um método alternativo para estimar este valor de estabilização com o
cimento que é chamado método físico-químico, desenvolvido pelo professor
Francisco Casanova. Consiste em se verificar, dentro de provetas
padronizadas qual é o teor de cimento que conduz à maior variação de volume
em relação ao solo puro. SILVA (2003) utilizou esse método para avaliar a
estabilização de solos com cimento no centro-norte do Mato Grosso.
2.1.4.4 SOLO-CAL
A cal é produzida pela calcinação de calcário britado a uma temperatura
inferior a de início de fusão (850º a 900º C) gerando a chamada cal viva ou
virgem, que combinada com a água produz a cal extinta ou hidratada. Esta tem
sido geralmente utilizada em argamassa e revestimentos na construção civil.
Na estabilização de solos para pavimentação seu uso no país é menor que o
do cimento.
O efeito da cal nas propriedades do solo, segundo MEDINA e MOTTA
(2004) pode ser visto sob vários aspectos: distribuição granulométrica,
plasticidade, resistência e compactação. Todavia, deve-se fixar a idade de cura
para referenciar o controle da compactação no campo.
A resistência depende de vários fatores: teor de cal, tipo de cal, tipo de
solo, densidade, tempo de cura e durabilidade. O tipo de cura usual em
35
laboratório é a úmida (sem perda de umidade) e à temperatura ambiente pouco
variável. Os solos aos quais este tipo de estabilização mais se aplica são os
argilosos.
2.1.4.5 MATERIAIS NÃO CONVENCIONAIS
Com o avanço das técnicas e da pesquisa, muitos outros materiais não
convencionais têm sido utilizados na estabilização de solos. Podem ser
distinguidos dois grupos entre eles:
• Rejeitos industriais como a escória de alto forno, a cinza volante, escória
de aciaria e rejeitos de construção civil (entulho de construção, agregado
reciclado) (FERNANDES, 2004; LEITE et al. 2006)
• Produtos químicos diversos, entre eles o sulfonato de lignina, ácido
fosfóricos ou estabilizantes comerciais (KEZDI, 1979).
2.2 EMULSÃO ASFÁLTICA
2.2.1 PRODUÇÃO E DESCRIÇÃO DE EMULSÕES
A emulsão asfáltica é uma fase asfáltica dispersa em uma fase aquosa,
com ajuda de um agente emulsificante. São obtidas combinando com água o
asfalto aquecido, em um meio intensamente agitado, e na presença dos
emulsificantes, que têm o objetivo de dar certa estabilidade ao conjunto, de
favorecer a dispersão e de revestir os glóbulos de betume de uma película
protetora, mantendo-os em suspensão (PINTO, 1998). Para a fabricação das
emulsões são utilizados equipamentos que realizam uma agitação intensa a fim
de obter as dispersões mais finas e mais estáveis possíveis.
Os emulsificantes ou produtos tenso-ativos utilizados na fabricação das
emulsões são divididos em duas grandes categorias: aniônico (onde o
emlsificante é um sabão com um ânion orgânico ligado a um álcali) e catiônico
(onde o emulsificante é um sal de amina). Geralmente, esses emulsificantes
são adicionados em pequena quantidade, na ordem de 1,5 % sobre a emulsão,
36
(PINTO, 1998). Uma representação desse processo é mostrada na FIG 2.1, de
COSTA(2004).
FIG. 2.1 Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas.
(COSTA, 2004).
Entende-se como ruptura a desestabilização de uma emulsão, fenômeno
que ocorre quando os glóbulos de asfalto, dispersos na fase aquosa, sofrem
uma ionização (reação do emulsificante) ao contato com superfícies de
substrato ou do agregado mineral, e os mesmos se fundem, formando uma
película contínua de cobertura da superfície banhada, com a expulsão da água
do sistema pela reação química ou pela evaporação física, como
esquematizado na FIG 2.2 (COSTA, 2004).
FIG. 2.2 Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas.
(COSTA, 2004)
As emulsões asfálticas catiônicas rompem pela adsorção da parte polar da
molécula de emulsificante pelo agregado mineral com o qual entram em
contato (COSTA, 2004).
O agregado se recobrirá de um filme graxo hidrófobo, que repelirá a água e
fixará o ligante asfáltico, e a reação se processa independentemente das
37
condições de umidade do agregado, e este comportamento é importante por
permitir o trabalho em condições climáticas de tempo úmido (COSTA, 2004).
A velocidade de ruptura depende de:
• Composição química do emulsificante;
• Natureza mineralógica do agregado (mais ou menos reativo);
• Superfície específica do agregado (área de recobrimento).
2.2.2 CLASIFICAÇÃO DAS EMULSÕES
As emulsões são classificadas de acordo com a velocidade com que
rompem e com a carga elétrica que possuem.
Quanto à velocidade com que as emulsões rompem, as emulsões asfálticas
se classificam em:
• Ruptura Rápida – RR: Indicadas principalmente para pinturas de ligação
em substituição aos asfaltos diluídos e em tratamentos superficiais;
• Ruptura Média – RM: Indicadas para misturas com agregados graúdos;
• Ruptura Lenta – RL: Indicadas para misturas com agregados miúdos.
Quanto às cargas elétricas determinadas pelo tipo de emulsificante, as
emulsões asfálticas classificam-se em:
• Não-iônicas: Os glóbulos de asfalto são neutros;
• Aniônicas: Os glóbulos de asfalto são carregados eletronegativamente.
Apresentam boa adesividade em agregados do tipo eletropositivo,
principalmente os de natureza calcária;
• Catiônicas: Os glóbulos de asfalto são carregados eletropositivamente.
Apresentam boa adesividade em agregados de arenitos e granitos.
As emulsões catiônicas apresentam boa adesividade aos agregados cujas
cargas elétricas superficiais são eletronegativas, (tais como arenitos e granitos
com elevada percentagem de sílica). As aniônicas, contudo, têm boa
adesividade aos agregados do tipo eletropositivo, ou seja, os de natureza
calcária (PINTO, 1998). A relação das emulsões com os solos ainda será
discutida neste trabalho e é vital para o entendimento do solo-emulsão.
As emulsões catiônicas e aniônicas são classificadas pela sua ruptura,
viscosidade, teor de solvente e resíduo asfáltico. São classificadas por duas
38
letras, que indicam o tipo de ruptura da emulsão; um número (1 ou 2) que
indicam sua viscosidade, o número maior correspondendo a uma viscosidade
maior podendo ser ou não acompanhada da letra C, indicativa de emulsão
catiônica. Assim:
• RR-1C, RR-2C: Emulsões de ruptura rápida catiônicas;
• RR-1, RR-2: Emulsões de ruptura rápida aniônicas;
• RM-1C, RM-2C, RM-1,RM-2: Emulsões de ruptura média;
• RM-1,RM-2: Emulsões de ruptura média aniônicas;
• RL-1C: Emulsões de ruptura lenta catiônicas.
Existem ainda as emulsões especiais, muito utilizadas na fabricação de
lamas asfálticas e identificadas pelas letras LA, seguidas de uma ou mais
identificações referentes à ruptura e carga de partícula, da mesma forma que
as anteriores.
As especificações brasileiras, normatizadas pelo IBP/ABNT-P-EB-472,
fixam as características exigíveis às emulsões asfálticas para produção e
comercialização, como mostrado na FIG 2.3, com base em faixas de resultados
experimentais obtidas nos ensaios de classificação, listadas na TAB 2-2.
TAB. 2.2 Ensaios de classificação de emulsões asfálticas
Ensaio de classficação Norma técnica reguladora
Ensaio de viscosidade Saybolt-Furol P-MB-581
Ensaio de sedimentação NBR 6570
Ensaio de peneiração P-MB-609
Ensaio de resistência à água NBR 6300
Ensaio de mistura com cimento NBR 6297
Ensaio de mistura com filer silícico NBR 6302
Ensaio de carga de partícula NBR 6567
Ensaio de destilação NBR 6568
Ensaio de desemulsibilidade NBR 6569
39
FIG. 2.3 Classificação das emulsões asfálticas catiônicas, segundo a ABNT-P-
EB-472 (PINTO, 1998)
40
2.3 MECÂNICA DOS PAVIMENTOS
2.3.1 O CONCEITO DE RESILIÊNCIA
O primeiro estudo sistemático da deformabilidade dos pavimentos deve-se
ao engenheiro norte-americano Francis Hveem, em 1955. O órgão rodoviário
da Califórnia havia começado, em 1938, medições de deflexões de pavimentos
sujeitos ao tráfego. É dessa época também o primeiro sistema de medição de
deflexões e o estabelecimento empírico de valores máximos admissíveis para a
vida de fadiga satisfatória de pavimentos.
Hveem entendia que o trincamento progressivo dos revestimentos se devia
à deformação resiliente (elástica) das camadas subjacentes, principalmente o
subleito. O termo resiliência, pela primeira vez então empregado, significa
energia armazenada num corpo deformado elasticamente, a qual é devolvida
quando cessam as tensões causadoras das deformações (CHAVES, 2000;
MEDINA e MOTTA, 2005).
No âmbito brasileiro, os estudos de laboratório sobre resiliência dos solos,
iniciados em 1977 na COPPE/UFRJ, tiveram como referência fundamental o
Special Report 162 do TRB de 1975 (MEDINA e MOTTA, 2005). Na elaboração
de várias teses de mestrado e doutorado no estudo da mecânica dos
pavimentos, foi obtida grande quantidade de informações sobre o
comportamento em carregamentos cíclicos de solos brasileiros (como em
SVENSON, 1980, com solos argilosos; PREUSSLER, 1978, com solos
arenosos) bem como, em misturas betuminosas (como em PINTO, 1991) e em
bases cimentadas (como em CERATTI, 1991). A partir destes dados, foi
possível se obter parâmetros de resiliência e modelos de fadiga, adotados para
dimensionamento de reforço dos pavimentos flexíveis por PREUSSLER (1983)
e nos dimensionamentos de pavimentos novos (MOTTA, 1991).
2.3.2 ENSAIO TRAIAXIAL DINÂMICO
A determinação da resiliência dos solos para fins de pavimentação é obtida
através do método de ensaio do DNER (ME 131/94).
41
O módulo resiliente é definido como a relação entre a tensão desvio
aplicada em uma amostra de solo e a correspondente deformação específica
vertical resiliente que ela provoca, dada por EQ 2.1
r
d
R
M
ε
σ
=
EQ 2.1
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
42
prova e diâmetro dos grãos da amostra. As principais mudanças foram sentidas
na posição e na fixação dos LVDTs: são fixados no cabeçote e tendo ligação
com o exterior da câmara.
Em 2001, o equipamento foi completamente automatizado. O novo sistema
foi concebido pelos engenheiros Ricardo Gil Domingues e Álvaro Augusto Dellê
Vianna e está descrito na dissertação de mestrado do segundo autor,
(VIANNA, 2002).
No âmbito do Instituto Militar de Engenharia, o referido equipamento em
sua última versão foi instalado em 2002, tendo sido primeiramente utilizado na
dissertação de mestrado de CHAGAS (2004). O equipamento triaxial dinâmico
instalado no IME é apresentado nas FIG 2-4 e 2-5.
FIG.
2.4 Tela de programa de aquisição de dados no equipamento triaxial
dinâmico do IME
FIG. 2.5 Equipamento triaxial dinâmico do IME
43
O ensaio triaxial dinâmico de cargas repetidas é executado em duas fases:
a primeira, chamada de fase de condicionamento, onde se pretende reduzir a
influência de deformações plásticas grandes e da história de tensões própria do
solo; a segunda, o ensaio propriamente dito, onde se aplicam ao solo pares de
tensões desvio e de tensões confinantes, medindo suas deformações
resilientes, e após um processo adequado de regressão calculam-se as
constantes K dos modelos de módulo resiliente.
HICKS (1970) foi quem primeiro escolheu os pares de tensão confinante e
tensão desvio (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
0,420 3,00
0,210
0,630 4,00
0,350 2,00
0,700 3,00
0,350
1,050 4,00
0,525 2,00
1,050 3,00
0,525
1,575 4,00
0,700 2,00
1,400 3,00
0,700
2,100 4,00
1,050 2,00
2,100 3,00
1,050
3,150 4,00
1,400 2,00
2,800 3,00
1,400
4,200 4,00
44
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
0,350 2,67
0,525 3,50
0,700 4,33
1,050 6,00
1,400 7,67
0,210
2,100 10,00
Baseada no artigo de MOTTA et al. (1990), a COPPE/UFRJ e
posteriormente o IME passaram a utilizar os pares de tensão mostrados para
solos arenosos, independentemente da quantidade de finos presentes na
amostra. De acordo com o referido artigo, considera-se que não há justificativa
em se adotar, para solos argilosos, os estados de tensão referentes a apenas
uma tensão confinante para 7 níveis diferentes de tensão desvio. Tal método
foi adotado pois os solos argilosos são mais dependentes da tensão desvio que
da tensão confinante.
Entretanto, nos solos tropicais, a quantidade de finos nem sempre dita o
comportamento tensão-deformação não linear do solo, causando o rompimento
prematuro dos corpos de prova na utilização do conjunto proposto na TAB 2.4,
(MOTTA et al. 1990; MEDINA e MOTTA, 2005).
As tensões de condicionamento aplicadas antes de se fazerem as leituras
também variam. Na prática brasileira atual usam-se os pares contidos na TAB
2.5. As leituras de deformação específicas correspondentes a cada par de
tensões no ensaio se fazem após 10 repetições de carga em cada nível.
TAB. 2.5 Níveis de tensões da fase de condicionamento do ensaio de
módulo de resiliência (MEDINA e MOTTA, 2005)
σ3(kgf/cm2) σd(kgf/cm2) σ1
/
σ3
0,210 0,210 2,00
0,210 0,690 2,00
1,050 3,150 4,00
45
Diversos autores têm se esforçado em conseguir correlações entre o
módulo de resiliência e grandezas mais simples de serem obtidas, como o
ângulo de atrito interno e a coesão (ZAMAN et al.,1994), massa específica e
umidade (HICKS e MONISMITH, 1971), módulo tangente inicial (PARREIRA et
al, 1998, SILVA, 2004). CHAGAS (2004) dá exemplo de várias correlações
entre módulo de resiliência e o ensaio de penetração CBR, como na TAB 2.6.
TAB. 2.6 Expressões que relacionam o CBR e o MR (CHAGAS,2004)
Autores Expressão
Heukelon e Klomp (1962) –
SHELL
MR (psi) = 1500 CBR
Green e Hall (1975) MR (psi) = 5409 CBR
0,711
South African Council on Scientific
and Industrial Research (CSIR)
MR (psi) = 3000 CBR
0,65
Lister (1987) MR (psi) = 2555 CBR
0,64
2.3.3 CARACTERÍSTICAS RESILIENTES DE SOLOS
PREUSSLER (1978) e SVENSON (1980) relacionam alguns fatores que
influenciam no comportamento resiliente de solos:
• Tensão confinante;
• Tensão desvio;
• História de tensões;
• Duração e freqüência da tensão desvio;
• Grau de saturação;
• Graduação das partículas;
• Energia de compactação;
• Número de aplicações da carga.
Fixadas a duração da aplicação de carga e freqüência, a saturação, a
energia de campo e de aplicação de cargas, o MR de um determinado solo,
ainda assim, em geral, não é constante, mas sim elástico não linear.
Para cada solo o módulo de resiliência poderá ser expresso como uma
46
função do estado de tensão aplicado durante o ensaio por modelos
matemáticos com constantes experimentais. Os primeiros modelos desse tipo
de função foram encontrados na tese de HICKS (1970) e no documento do
TRB (1975) e são mostrados nas EQ 2.2, EQ 2.3 e EQ 2.4 (MEDINA e MOTTA,
2005):
MR = k
1
σ
3
k2
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.
MR = k
1
θ
k2
EQ 2.5
onde
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 bi-
linear (MEDINA e MOTTA, 2005)
A dificuldade em se definir o ponto de transição entre as duas retas no
modelo bilinear levou SVENSON (1980) a sugerir o modelo definido na EQ 2.6:
MR = k
1
σ
d
k2
EQ 2.6
onde
k
1
, k
2
são constantes determinadas através de regressões múltiplas.
47
Também é observada em materiais de pavimentação a situação onde o
módulo de resiliência não varia de acordo com o estado de tensões, resultando
num modelo elástico-linear. Este comportamento, conforme se encontra na EQ
2.7 aparece em materiais betuminosos, siltes com baixo módulo e solos
estabilizados com módulo elevado. (FERREIRA, 2002; MEDINA e MOTTA,
2005)
MR = K EQ 2.7
onde
K é uma constante.
MACÊDO (1996), em um estudo feito com solos da BR 418/MG, utilizou o
modelo definido por PEZO em 1991 e mostrado na equação EQ 2.8,
conseguindo coeficientes de determinação bem maiores:
MR = k
1
σ
3
k2
σ
d
k3
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 tornou-
se o preferido nos últimos anos, por ser um modelo “genérico” e também por
considerar a influência conjunta de σ
3 e σd na determinação do MR.
(FERREIRA, 2002; MARANGON, 2004). A partir da análise de um banco de
dados de mais de 500 ensaios, FERREIRA (2002) conclui que “é incontestável
a supremacia do modelo composto sobre os demais. Este modelo, além da
óbvia vantagem de poder ser utilizado para qualquer tipo de material não
tratado quimicamente, demonstrou ser capaz de determinar o valor do módulo
de resiliência com precisão muito superior aos outros, tornando-os totalmente
obsoletos”.
Se para a esmagadora maioria dos solos, o módulo de resiliência é
totalmente dependente da tensão confinante e da tensão desvio, a tendência
de uma estabilização química é tornar esses solos cada vez menos
dependentes das tensões atuantes no sistema, fazendo com que seja
48
assumido um comportamento elástico linear, obedecendo a equação EQ 2.7.
O histórico de ensaios de amostras estabilizadas é bem mais reduzido que
o de solos puros, sendo que a maioria desses resultados se refere a amostras
estabilizadas com cimento Portland com seus módulos obtidos por resistência
à tração indireta, como em COLLARTE-CONCHA (1986).
Por outro lado, MACÊDO (2004) apresenta um estudo de solo melhorado
com cimento mostrando como pode ser conseguido um grande aumento no
módulo de resiliência com teores baixos de cimento portland para dois solos.
CERATTI (1991), em um estudo pioneiro, fez ensaios de fadiga em
misturas de solo-cimento, através de ensaios de módulo de resiliência e de
resistência à tração em duas variantes: compressão diametral e flexão
alternada. (MACEDO, 2004; MEDINA e MOTTA, 2005).
2.4 O SOLO-BETUME
2.4.1 HISTÓRICO DA ESTABILIZAÇÃO SOLO-BETUME
A estabilização com solo-betume ocorre quando a um solo qualquer é
acrescentado um ligante asfáltico, conferindo à mistura resultante uma melhora
em seu comportamento mecânico e um efeito impermeabilizante, tornando-a
mais resistente tanto a esforços de tráfego quanto a efeitos de variação de
umidade.
O ligante asfáltico a ser utilizado depende principalmente do tipo de solo e
do tipo de mistura a ser feita, e sua escolha acompanha a evolução da
tecnologia de produção de ligantes disponível.
O primeiro passo foi feito quando engenheiros rodoviários, trabalhando nas
proximidades de campos petrolíferos, notaram que, ao espalharem óleo cru
sobre as estradas de terra que levavam a estes campos, reduziam o pó
existente nas mesmas, tornando-as mais aptas para resistir aos rigores do
tráfego e do tempo. A prática foi rapidamente difundida e a indústria petrolífera
sugeriu o uso do destilado de petróleo que teria um desempenho superior ao
óleo cru (ARAÚJO, 1980).
49
Seguiram-se então pesquisas com intenção de descobrir modos de se obter
outros tipos de ligantes. A próxima evolução nessa linha, a chegada do asfalto
diluído, foi utilizada para estabilização de solos, sendo seguida, nos anos 80,
pela emulsão asfáltica, como na estabilização de areias finas em uma
construção de uma estrada nigeriana (HARRIS et al. 1983).
Nos últimos anos, tem-se visto a utilização até de espuma de asfalto na
estabilização de areias, e materiais pedregulhosos oriundos de reciclagem de
pavimentos. CASTRO (2004) define a espuma de asfalto como uma mistura de
asfalto aquecido a uma temperatura de aproximadamente 160°C e água à
temperatura ambiente, o que proporciona ao asfalto uma expansão de seu
volume original.
Como já mencionado, no Brasil, segundo SANTANA (1978), a primeira
menção com solo-betume ocorreu em 1959, na construção de um segmento
de 8 quilômetros da BR-135/MA, com o nome de “tratamento contra pó” .
2.4.2 A FÍSICO-QUÍMICA DO SOLO-EMULSÃO
2.4.2.1 PREMISSAS BÁSICAS DO SISTEMA SOLO-BETUME-ÁGUA
MATTOS et al. (1991) comparam o solo-emulsão a um sistema
termodinâmico solo-emulsão-água. Esse sistema pode ser considerado como
um sistema fechado, heterogêneo, constituído por três fases e quatro
componentes. Das três fases, uma é contínua e duas são descontínuas. São
descontínuas as fases constituídas pelo solo e pelos glóbulos de betume. A
fase contínua é constituída pela solução aquosa obtida pela adição de água à
fase aquosa da emulsão.
A fase descontínua do solo e aquela constituída pelos glóbulos de betume,
são consideradas como constituídas por um só componente, cada uma. Já a
fase contínua é considerada como solução composta por vários componentes
sendo um solvente (a água) e vários solutos, tendo como mais importante a ser
considerado o agente tenso-ativo existente na fase aquosa da emulsão.
(GUARÇONI et al. 1988 e MATTOS et al. 1991).
50
2.4.2.2 MECANISMO FÍSICO-QUÍMICO DO SOLO-EMULSÃO
O solo é tratado aqui de uma forma simplificada: como um componente
constituído por pequenos grãos o que lhe proporciona uma grande superfície
específica. A solução aquosa é tratada como uma solução constituída
essencialmente por um solvente e um soluto tenso-ativo. Pode-se dizer que tal
subsistema é constituído por uma substância com características adsorventes
(solo) e outra com características de adsorvato (substância tensio-ativa).
(GUARÇONI et al. 1988).
Ao se misturar completamente esse sistema, certas reações físico-
químicas têm início. O objetivo da estabilização é envolver os grãos de solo
com um filme betuminoso, não tão fino a ponto de vencer o atrito intergranular
existente, mas espesso o suficiente para promover o efeito adesivo entre os
grãos, conforme FIG 2-6, onde são vistos também os vazios de ar e a água
intergranular, (KÉZDI, 1979).
FIG. 2.6 Distribuição do filme betuminoso na massa de solo: 1-grão de
solo; 2- vazios de ar; 3- água intergranular; 4- filme betuminoso; a - contato
entre os grãos (KEZDI ,1979)
51
Isso ocorre quando o contato entre a solução aquosa e os grãos de solo é
feito. O solo adsorverá parte do soluto tenso-ativo da fase líquida da emulsão
provocando, em conseqüência, uma queda na concentração deste soluto na
solução aquosa. A diminuição dessa concentração produzirá um desequilíbrio
na emulsão devido ao aumento da tensão superficial da fase líquida, o que
dará origem à ruptura da emulsão e à conseqüente formação de aglomerados
betuminosos. Quanto maior a concentração do soluto (no caso, o CAP) na
solução (a emulsão), maior será a quantidade de soluto adsorvido, provocando
uma indesejável ruptura prematura, (KÉZDI, 1979; MATTOS et al. 1991).
Em se tratando da microestrutura do solo, o que acontece é que, com a
mistura já executada, surge uma película de betume formada pelos glóbulos de
CAP anteriormente contidos na emulsão ao redor dos grãos de solo, como se
pode ver nas FIG 2-7 e 2-8, tiradas através de microscópio eletrônico de
varredura, com ampliação de 200 vezes, (JACINTHO et al. 2005; JACINTHO,
2005). A FIG 2.7 mostra uma areia argilosa pura e estabilizada, e a FIG 2.8
mostra uma areia pura e estabilizada.
(a) (b) (c)
FIG. 2.7 Estabilização de uma areia argilosa pura com emulsão asfáltica: (a)
solo puro; (b) solo com 4 %; (c) solo com 8 %. (JACINTHO et al. 2005)
52
(a) (b) (c)
FIG. 2.8 Estabilização de uma areia pura com emulsão asfáltica: (a) solo puro;
(b) solo com 4 %; (c) solo com 8 %. (JACINTHO et al. 2005b)
GUARÇONI et al. (1988) equiparam um grão a um cubo de aresta “a” e
usando a EQ 2.9, consegue-se para uma determinada granulometria de solo
fino uma taxa de ligante de 9,7% para que todos os grãos de solo possam ser
envolvidos pelo ligante de uma emulsão:
100% ×
⋅
⋅
=
ss
ll
DV
DV
l
EQ 2.9
Onde:
%l=percentagem de ligante em peso;
Vl=volume de ligante;
Vs = volume de solo;
Ds=Densidade real de solo;
Dl= Densidade de ligante.
Em termos de adição de emulsão (resíduo de 65 % de betume) virá uma
taxa de emulsão de 13,4 %, valor que pode ser considerado inviável na maior
parte dos casos com solos argilosos e silto-argilosos que atendam a esse
critério granulométrico do exemplo (MATTOS et al. 1991).
Não deve ser esquecido que estes valores foram calculados admitindo-se a
estabilidade da emulsão em contato com os grãos do solo, o que não ocorre.
Na realidade, o que ocorre é a ruptura da emulsão com a coalescência de
várias partículas de ligante, formando aglomerados betuminosos de volumes
diversos, espalhados pela massa de solo (MATTOS et al, 1991)
Este sistema criado pela mistura solo-emulsão-água, se compactado, dará
53
origem a um outro, formado por uma estrutura de grãos de solo com adsorção
superficial do soluto e ainda com grumos formados por ligante betuminoso,
funcionando como rótulas e eliminando os contatos grão-grão, o que irá
diminuir a resistência do conjunto aos esforços cisalhantes. As rótulas têm uma
participação importante no aumento de coesão do sistema, e na proteção dos
grãos de solo contra o ataque de água (KÉZDI, 1979; MATTOS et al, 1991)
Se, no entanto o sistema, obtido por mistura e compactação, for submetido
ao processo de perda de umidade a níveis bem baixos e levando novamente o
sistema a reabsorver água até a saturação, será verificada uma ação hidrófuga
que irá aumentar a resistência do sistema quando o ensaio for saturado, o que
comprova a ação da solução aquosa na estabilização (MATTOS et al, 1992).
Pelo contrário, se essa perda de umidade for abrupta e rápida, como o
caso de uma secagem em estufa, a ação hidrófuga não é observada, como o
caso de BUENO et al (1991) em ensaios de resistência à compressão simples.
Entretanto, KÉZDI (1979) explica que essa ação hidrófuga na mistura deve-
se principalmente às diferenças entre as forças de adesão e as fases
envolvidas do sistema: ar, água, emulsão e solo. Essas forças são
representadas na FIG 2-9.
FIG. 2.9 Forças de adesão atuantes entre as fases do solo-emulsão
(KEZDI, 1979)
54
Sobre este modelo tríplice solo-água-emulsão, KÉZDI (1979) afirma que
deve existir um ponto ótimo, onde a mistura pode ser feita com uma quantidade
ótima que proporcione um máximo de resistência ao cisalhamento e de uma
maneira mais eficiente.
Inúmeras tentativas na busca dessa dosagem ótima têm sido feitas. KÉZDI
(1979), com base no estabilômetro de Hveem, confirmou a presença de um
teor de emulsão onde a resistência ao cisalhamento é ótima e máxima, e que
varia de solo para solo. Para um teor a ser acrescentado acima do ótimo, o
filme de emulsão que envolve os grãos se torna espesso demais, fazendo o
papel de rótulas que fazem diminuir o atrito intergranular. Assim, com teores
altos de emulsão pode-se até encontrar valores de resistências menores que
os do solo puro.
Não existe um consenso na definição de um intervalo ótimo para cada tipo
de solo, porém em materiais granulares esse teor é baixo, da ordem de 2 a 4%,
o que seria suficiente para a formação do filme de betume ao redor dos grãos
desse tipo de solo. Entretanto, para solos plásticos, são necessários teores
maiores, por volta de 8 %. KEZDI (1979) afirma que nesse caso, um teor baixo
de emulsão não seria suficiente para formar o filme betuminoso ao redor da
fração miúda de solo, porém já levaria o solo a um ganho menor de resistência
com a estabilização.
Diversos solos brasileiros estabilizados com emulsão asfáltica já foram
ensaiados em laboratório, utilizando-se como comparação ensaios como o
CBR e a resistência à compressão simples, como em LUCENA et al. (1982),
MOMM (1983), ARAÚJO et al. (1983), BUENO et al. (1991), CARVALHO et al.
(1992) e em JACINTHO et al. (2005). Em geral, esses autores confirmaram que
solos arenosos são estabilizáveis com baixos teores, e solos argilosos
necessitam de teores mais altos para serem estabilizados satisfatoriamente.
Os parâmetros de medição de resistência mais usados são a resistência à
compressão simples e o ensaio triaxial estático (UU). Existe sempre a opção de
se utilizar o CBR e o mini-CBR, mas não são parâmetros de avaliação de
estabilização química confiáveis (MEDINA e MOTTA, 2004).
55
2.4.3 PROPRIEDADES INERENTES AO SOLO-EMULSÃO:
2.4.3.1 O SOLO A SER ESTABILIZADO
KÉZDI (1979) afirma que quase todo solo inorgânico que possa ser
misturado com betume pode ser estabilizado, o que não ocorre com solos
orgânicos, notadamente os solos ácidos.
KEZDI (1979), com base em ensaios físico-químicos em vários solos,
chegou à conclusão que certos aspectos da microestrutura do solo a ser
estabilizado pode influir no resultado do processo. Destacam-se as seguintes
conclusões:
• Quanto mais sílica a fração argila do solo contiver, mais betume será
necessário para uma estabilização satisfatória (caso dos solos
tropicais);
• Quanto mais compostos de ferro e alumínio a fração argila contiver,
mais fácil será a estabilização;
• O íon sódio, se presente no solo, sempre piora a resistência,
enquanto o íon cálcio pode piorar ou melhorar o resultado de uma
estabilização, dependendo de sua concentração;
YODER e WITCZAK (1975) afirmam que, regra geral, solos finos e
plásticos geralmente não têm uma estabilização satisfatória por causa da
dificuldade em se destorroar o solo e promover uma mistura íntima no sistema,
mais tarde confirmada por GUARÇONI et al. (1988).
Em geral, engenheiros costumam arbitrar um “limite prático” na
granulometria e na plasticidade do solo a ser estabilizado, conforme TAB 2-7,
que resume os requisitos granulométricos de várias fontes.
A ASTM (2006) também recomenda que o produto do índice de
plasticidade pela percentagem passante na peneira 0,075 mm seja sempre
menor que 60.
A razão pela qual VOGT (1971) recomenda 5% mínimo de material
passante na peneira de 0,075 mm, é porque o fíler tem a função de aumentar a
viscosidade das películas de ligante e dar uma coesão residual suficiente.
56
TAB. 2.7 Requisitos granulométricos e de plasticidade de solos a serem
estabilizados segundo várias fontes
Tipo de solo LL/LP do solo % passante # 0,075
mm
Fonte
Areias IP máximo de 12 % 25 % máximo
Pedregulhos e
areias
pedregulhosas
IP máximo de 12 % 15 % máximo
Solos finos IP máximo de 18 %;
LL máximo de 40 %
35 % máximo
YODER e
WITCZAK
(1975)
Solos em geral IP máximo de 18 %;
LL máximo de 40 %
Entre 10 e 50 % KÉZDI (1979)
Solos em geral IP máximo de 14 % 5 % mínimo VOGT (1971)
Solos arenosos 35 % máximo
Solos argilosos IP máximo de 6 %;
LL máximo de 30 %
35 % máximo
DER 3.07
(1988)
Materiais britados 15 % máximo
Solos em geral IP máximo de 8 % 20% máximo
ABEDA
(2001)
Solos em geral 25% máximo ASTM (2006)
KÉZDI (1979) também sugere os seguintes limites adicionais:
• O maior diâmetro do grão não deve exceder um terço (1/3) da espessura
compactada da camada do solo tratada;
A percentagem em peso das partículas menores do que 4,76 mm não
devem exceder 50%;
A percentagem em peso das partículas menores do que 0,42 mm deve se
situar entre 35% e 100%;
2.4.3.2 A EMULSÃO A SER USADA
A emulsão é o principal agente da estabilização betuminosa: dá coesão
aos solos arenosos e impermeabiliza os solos argilosos cortando as ascenções
capilares, (VOGT, 1971). A ação do CAP na formação do filme betuminoso e
57
do emulsificante no ganho de resistência do solo é primordial no processo.
O melhor resultado, no entanto, é conseguido se o emulsificante reagir com
os compostos inorgânicos da superfície mineral dos grãos. Se possível, deve-
se saber até as propriedades químicas dessas superfícies, principalmente os
cátions ligados à fração argila de carga negativa (KEZDI, 1979).
Por isso, a emulsão utilizada depende diretamente do tipo de solo a ser
estabilizado. Se o solo possuir compostos de sílica e alumínio complexos, ou a
razão entre os óxidos de sílica e os óxidos de alumínio e de ferro for menor que
2, o emulsificante deve possuir predominantemente cátions. São mais
utilizados para isso os sais de amina, produzidos pela substituição do íon (OH)
-
de hidróxido de amônia. É o caso das emulsões catiônicas. (KEZDI, 1979)
Se o solo, entretanto, possuir fração argila onde a razão sílica- alumínio-
ferro for maior que 2, então o emulsificante deve possuir predominantemente
ânions. São usadas grandes moléculas orgânicas ácidas, como o estereato de
amina, o que gera as emulsões aniônicas. (KEZDI, 1979)
WDBG (2004) ilustra a maior ou menor compatibilidade de emulsões
aniônicas e catiônicas de acordo com a FIG 2-10, que mostra os intervalos
onde cada tipo de emulsão é mais ou menos atuante devido aos componentes
presentes no solo.
FIG. 2.10 Intervalos de atuação de emulsões aniônicas e catiônicas
(WDBG, 2004)
58
PINTO (1998) recomenda emulsões catiônicas de ruptura lenta (RL-1C),
sendo a emulsão comumente aceita e recomendada também pelos fabricantes.
ABEDA (2001) estende essa recomendação às emulsões especiais para lama
asfáltica (LA-1C e LA-2C).
Em relação às emulsões de ruptura média (RM-1C), KEZDI (1979) relata
que se obtém um bom resultado com misturas solo-emulsão feitas em usinas
com grande energia. MOREIRA (2006) estende seu uso para estabilização de
solos granulares, sendo desaconselhado seu uso com solos plásticos.
Para se conseguir o teor ótimo de emulsão, seja em qualquer parâmetro de
resistência, é necessária a mistura do solo com vários teores de emulsão,
realizando ensaios para se verificar variações em relação ao parâmetro em que
está sendo feita a dosagem.
2.4.3.3 ADITIVOS À MISTURA
Para se corrigir a plasticidade de argilas e siltes argilosos, é comum a
correção dessa característica com aditivos, de modo a mudar a estrutura
microscópica do solo.
Os aditivos mais utilizados são o cimento e a cal. O objetivo é fazer com
que compostos de cálcio presentes, através da dissociação em Ca
++
e (OH)
-
,
reajam com a superfície dos grãos finos formando compostos cimentados de
baixa plasticidade, que podem ser estabilizados com a emulsão asfáltica, que
entraria numa segunda fase da estabilização (KEZDI, 1979). A utilização de
outros produtos como o pentóxido de difósforo (P
2
O
5
) pode também ser feita
com sucesso (KEZDI, 1979).
2.4.4 DOSAGEM DO SOLO-EMULSÃO
A compatibilidade do solo-emulsão muda de acordo com a taxa de emulsão
a ser acrescentada: quanto maior a taxa, menor a massa específica aparente
seca e maior o teor de fluidos a ser acrescentado, podendo acontecer raras
exceções, (KÉZDI, 1979; MOMM, 1983).
59
Entretanto, com o auxílio de curvas de compactação, foi verificado para
cada teor de emulsão, que a umidade varia em torno de mais ou menos 1%
para cada teor de emulsão adicionado em torno do teor ótimo, como observado
em MOMM (1983) para um solo arenoso.
A máxima tensão de ruptura foi observada em corpos de prova com
umidades próximas da ótima, observado em estudos de LUCENA et al (1980)
em ensaios de resistência à compressão simples e à tração indireta, em corpos
de prova com cura ao ar livre por 7 dias.
Geralmente em laboratório, os corpos-de-prova são deixados em cura seca
ao ar livre para favorecer a ruptura da emulsão e consequentemente o ganho
de resistência da mistura. BUENO et al. (1991) e CARVALHO et al. (1992)
realizaram cura em estufa a 60°C em um período de 24 horas, com um
resultado semelhante.
Em se tratando da perda de umidade, deve-se ter cuidado ao creditar o
ganho de resistência da mistura à ruptura da emulsão, o que pode ocorrer
devido à variação de umidade no corpo de prova e da succção nos solos, e
SILVA (2003) afirma que essas situações influem no módulo de resiliência dos
solos, especialmente os solos plásticos.
O Anexo A mostra um resumo das condições variadas às quais solos
estabilizados com emulsão já foram ensaiados na bibliografia encontrada.
Existem inúmeros métodos para projeto de misturas solo-emulsão, e cada
um deles possui um parâmetro de dosagem, como apresentado na TAB 2-8.
TAB. 2.8 Parâmetros de dosagem de solo-emulsão em algumas fontes
Norma Parâmetro de dosagem
DER 3.07/1988 (1988) Hubbard- Field
ASTM D 4223 (2006) Estabilidade Marshall /Módulo de
resiliência/ Resistência à tração indireta
LUCENA et al. (1982) Resistência à compressão simples/
Resistência à tração indireta
GUARÇONI et al. (1988); MATTOS
et al. (1991)
CBR
ARAÚJO et al. (1983) Ensaios triaxiais UU
60
KEZDI (1979) mostra uma fórmula relacionando granulometria do solo com
a percentagem de betume a ser acrescentada, que é dada como na EQ 2.10:
P=0,015 a + 0,02 b +0,03 c + 0,09 d EQ 2.10
onde:
P é a quantidade de betume a ser acrescentada;
a é a percentagem de solo retida na peneira # 10;
b é a percentagem de solo passante na peneira #10 e retida na peneira
#40;
c é a percentagem de solo passante na peneira #40 e retida na peneira
#200;
d é a percentagem de solo passante na peneira #200.
FIG. 2.11 Representação gráfica dos fatores a, b, c e d da EQ 2.10 na curva
granulométrica (KEZDI, 1979)
A EQ 2.10 pode ser simplificada, em função somente da fração passante
na peneira #200, conforme a EQ 2.11:
P% = 2,75 + 0,064 d EQ 2.11
A EQ 2.11 tem uma representação gráfica, como na FIG 2.12:
61
FIG. 2.12 Representação gráfica da EQ 2.12 (KEZDI, 1979)
No âmbito nacional, uma pesquisa feita pelo IPR/DNER e apresentada em
MATTOS et al. (1992), propôs um procedimento de dosagem e uma
especificação de serviço de solo-emulsão.
A proposta de norma de dosagem se baseia em preparar corpos-de-prova
com teores de emulsão asfáltica de 0, 2, 4, 6, 8 e 10%, compactados em
moldes tipo MCT, levados à estufa a 60ºC durante 6 horas. Depois de retirados
da estufa e esfriados ao ar são imersos em água por 24h, após o qual se faz o
ensaio Mini-CBR (MATTOS et al. 1991).
Calcula-se o teor ótimo de emulsão considerando o teor de fluidos
remanescente após a secagem e o teor de fluidos ganho após imersão, sendo
o teor de fluidos a soma dos teores de água e de ligante betuminoso. São
traçados os pares (% de emulsão x teor de fluido) para as duas condições
(após a secagem e após a imersão). Para cada condição, é gerada uma reta
passante pelos pares ordenados encontrados, e na interseção delas têm-se o
teor ótimo de emulsão e teor ótimo de fluidos para a compactação. Obtém-se o
CBR correspondente a este ponto ótimo, sendo assim o teor correspondente a
esse CBR o teor de dosagem a ser aplicado (MATTOS et al,1991).
Falta ainda um procedimento de dosagem que considere os conceitos da
62
Mecânica dos Pavimentos (módulo de resiliência), da Mecânica dos Solos
parcialmente saturados (efeitos da sucção) e dos avanços recentemente
alcançados da classificação MCT. Assim sendo, quase a totalidade dos
procedimentos de dosagem são estrangeiros e não consideram as
particularidades dos solos tropicais, ou utilizam ensaios não adequados como o
ensaio CBR.
2.5 NOÇÕES DE ESTATÍSTICA APLICADA
2.5.1 PLANEJAMENTO DE EXPERIMENTOS
O Planejamento Experimental, também denominado delineamento
experimental, representa um conjunto de ensaios estabelecido com critérios
científicos e estatísticos, com o objetivo de determinar a influência de diversas
variáveis nos resultados de um dado sistema ou processo. Permite, além do
aprimoramento de processos, a redução da variabilidade de resultados, a
redução de tempos de análise e dos custos envolvidos (BUTTON, 2002).
Um experimento é um procedimento no qual alterações propositais são
feitas nas variáveis de entrada de um processo do sistema, de modo que se
possa avaliar as possíveis alterações sofridas pela variável resposta, como
também as razões destas alterações. As variáveis de entrada correspondem
aos fatores ou causas do processo, enquanto a variável resposta corresponde
ao efeito deste processo (MARQUES, 2004).
O planejamento de experimentos ainda apresenta os seguintes objetivos de
acordo com o propósito dos ensaios (MARQUES, 2004):
•Determinar quais variáveis são mais influentes nos resultados;
•Atribuir valores às variáveis influentes de modo a otimizar os
resultados;
•Atribuir valores às variáveis influentes de modo a otimizar a
variabilidade dos resultados;
•Atribuir valores às variáveis influentes de modo a minimizar a
influência de variáveis incontroláveis;
63
•Explorar as relações entre os fatores que afetam um processo ou
confirmar alguma hipótese.
BUTTON (2002) destaca ainda alguns benefícios do planejamento de
experimentos:
• Redução do número de ensaios sem prejuízo da qualidade da
informação;
• Estudo simultâneo de diversas variáveis, separando seus efeitos;
• Determinação da confiabilidade dos resultados;
• Realização da pesquisa em etapas, num processo iterativo de
acréscimo de novos ensaios;
• Seleção das variáveis que influem num processo com número
reduzido de ensaios;
• Representação do processo estudado através de expressões
matemáticas;
• Elaboração de conclusões a partir de resultados qualitativos.
MONTGOMERY (1976) apresenta algumas recomendações sobre o uso de
métodos estatísticos para o planejamento experimental:
• Usar o conhecimento técnico específico e não estatístico sobre o
problema;
• Usar um delineamento experimental o mais simples possível;
• Reconhecer a diferença entre o que é significativo estatisticamente
e o que é significativo na prática, seja industrial ou de pesquisa,
• Reconhecer que a experimentação é um processo iterativo.
Também para BUTTON (2002) para que os resultados obtidos de ensaios
experimentais possam ser analisados através de métodos estatísticos e que
possibilite elaborar-se conclusões objetivas, o planejamento experimental deve
ser baseado numa metodologia também estatística, sendo a única forma
objetiva de avaliar os erros experimentais que afetam esses resultados. Para
isto, existem três técnicas básicas para a definição dos ensaios num
planejamento experimental: o uso das réplicas, da aleatorização (ou
"randomização") e de blocos.
64
2.5.1.1 RÉPLICA:
A réplica consiste na repetição de um ensaio sob condições
preestabelecidas. Permite obter-se uma estimativa de como o erro
experimental afeta os resultados dos ensaios e se esses resultados são
estatisticamente diferentes. Permite verificar também qual a influência de uma
determinada variável sobre o comportamento de um processo, quando a
comparação é feita pela média das amostras (BUTTON, 2002).
Segundo WERKEMA E AGUIAR (1996) realizar uma réplica do experimento
completo significa coletar uma observação da variável resposta em cada
condição experimental considerada no estudo. As réplicas constituem
repetições do experimento feitas sob as mesmas condições experimentais. A
realização de réplicas em um experimento é importante pelos seguintes
motivos:
- Permitem a obtenção de uma estimativa da variabilidade devida ao erro
experimental possibilitando avaliar se a variabilidade presente nos dados
coletados é devida somente ao erro experimental ou se existe influência das
diferentes condições avaliadas pelo pesquisador. Sendo influentes estas
condições, o responsável pela pesquisa poderá determinar qual é a condição
mais favorável de acordo com seus interesses.
- Possibilidade de detectar, com a precisão desejada, quaisquer efeitos
produzidos pelas diferentes condições experimentais que sejam considerados
significantes do ponto de vista prático.
- Possibilidade de detectar, com a precisão desejada, quaisquer efeitos
produzidos pelas diferentes condições experimentais que sejam considerados
significantes do ponto de vista prático.
2.5.1.2 ALEATORIZAÇÃO:
A aleatorização ou randomização é uma técnica estatística de planejamento
experimental em que a sequência dos ensaios é aleatória e a escolha dos
materiais que serão utilizados nesses ensaios também é aleatória. Uma das
exigências do uso da metodologia estatística para o planejamento experimental
65
e para a análise dos resultados é que as variáveis estudadas e os erros
experimentais observados apresentem um caráter aleatório (BUTTON, 2002).
Já para WERKEMA e AGUIAR (1996) o termo aleatorização se refere ao
fato que tanto a alocação do material experimental às diversas condições de
experimentação, quanto a ordem segundo a qual os ensaios individuais do
experimento serão realizados, são determinados ao acaso. A aleatorização
torna possível a aplicação dos métodos estatísticos para a análise dos dados
visto que a maioria dos modelos subjacentes aos métodos estatísticos exige
que os componentes do erro experimental sejam variáveis aleatórias
independentes. A aleatorização também permite que os efeitos de fatores não-
controlados, que afetam a variável resposta e que podem estar presentes
durante a realização do experimento, sejam balanceadas entre todas as
medidas. Este balanceamento evita possíveis confusões na avaliação dos
resultados devido à atuação destes fatores.
2.5.1.3 BLOCAGEM
A técnica dos blocos permite realizar a experimentação com maior precisão,
reduzindo a influência de variáveis não controláveis segundo BUTTON (2002).
Um bloco é uma porção do material experimental que tem como característica
o fato de ser mais homogêneo que o conjunto completo do material analisado.
O uso de blocos envolve comparações entre as condições de interesse na
experimentação dentro de cada bloco. Na análise com blocos, a aleatorização
é restringida à seqüência de ensaios interna dos blocos e não ao conjunto total
de ensaios.
Blocos são conjuntos homogêneos de unidades experimentais. Em muitas
situações experimentais é necessário planejar o experimento de forma que a
variabilidade resultante da presença de fatores perturbadores conhecidos,
sobre os quais não existe interesse, possa ser sistematicamente controlada e
avaliada. O objetivo principal do experimento não é medir o efeito destes
fatores perturbadores, mas sim avaliar com maior eficiência os efeitos dos
fatores de interesse (WERKEMA E AGUIAR, 1996).
66
2.5.2 ROTEIRO PARA O PLANEJAMENTO DE EXPERIMENTOS
Para a abordagem estatística no planejamento e na análise de um
experimento, WERKEMA E AGUIAR (1996) destacam que é necessário que as
pessoas envolvidas na experimentação tenham, antecipadamente, uma idéia
clara do que será estudado e da forma como os dados serão coletados.
Também é desejável que se tenha pelo menos uma idéia qualitativa de como
os dados serão analisados.
A seguir é mostrado um roteiro para o planejamento e para a análise dos
resultados indicado por MONTGOMERY (1976). Nos trabalhos de WERKEMA
E AGUIAR (1996), BUTTON (2002) e ODA (2000) também podem ser
encontrados detalhes deste procedimento:
1- Reconhecimento e definição do problema:
2- Escolha dos Fatores e Níveis
3- Escolha da Variável de Resposta
4- Escolha do Planejamento Experimental
5- Execução dos experimentos
6- Análise dos resultados
7- Conclusões e recomendações
2.5.3 ANÁLISE ESTATÍSTICA DE RESULTADOS
Para MONTGOMERY e RUNGER (1999) a análise de regressão é uma
técnica estatística para modelar e investigar a relação entre duas ou mais
variáveis e pode ser usada para construir um modelo para estimar o
desempenho de um dado nível de um fator de interesse qualquer. Pode-se
compreender uma análise de regressão como uma coleção de ferramentas
estatísticas para encontrar as estimativas dos parâmetros no modelo de
regressão.
Basicamente pode-se encontrar dois tipos usuais de análises de
regressões: a análise de regressão simples e a análise de regressão múltipla.
67
2.5.3.1 REGRESSÃO SIMPLES
Neste tipo de análise é considerado apenas um único tipo de regressor ou
preditor X, também chamada de variável independente, e uma variável de
resposta Y, também chamada de variável dependente. Cada observação Y
poderá ser escrita pelo modelo descrito na EQ 2.12:
Y= 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.
2.5.3.2 REGRESSÃO MÚLTIPLA
Um modelo de regressão que contenha mais de um regressor (variável
independente) é chamado de modelo de regressão múltipla. A variável de
68
resposta (ou independente) Y pode estar relacionada a L variáveis
independentes e o modelo tem a forma da EQ 2.13.
Y= Β
0
+ β
1
X
1
+ β
2
X
2
+...+ 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.
69
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Este capítulo apresenta as características dos solos, das emulsões
asfálticas e das misturas solo-emulsão feitas nos ensaios laboratoriais bem
como os métodos e procedimentos empregados durante toda a presente
pesquisa.
3.1 SOLOS
3.1.1 INTRODUÇÃO
Buscou-se escolher solos do interior do Estado do Rio de Janeiro, em
função da proximidade das jazidas com a cidade onde se localiza o IME, e pela
importância do uso das estradas vicinais do Estado para o escoamento da
produção agrícola.
THULLER (2005) faz em sua dissertação um estudo da utilização de solos
na construção de estradas vicinais no Estado do Rio de Janeiro. Essas
rodovias, que atendem a pequenas comunidades e propriedades rurais de
municípios do interior do estado, apresentam algumas características comuns
como: plataforma de terraplenagem pequena, grande sinuosidade de traçado
com curvas de pequeno raio; declividades acentuadas; deficiência de
drenagem superficial e profunda e baixo volume de tráfego.
Dos nove tipos de solos utilizados por THULLER (2005) (três de
predominância granular e seis plásticos), decidiu-se que seriam escolhidos
dois. Um deveria ser granular, uma areia ou um solo arenoso, e outro um solo
plástico; preferencialmente, uma areia argilosa ou um silte argiloso.
Além desses dois solos, escolheu-se também um terceiro solo, oriundo de
uma via vicinal de acesso do Depósito Central de Munição (DCMun), com o fim
de avaliar se este poderia ser estabilizado com emulsão como solução para a
melhoria do tráfego das viaturas daquele aquartelamento.
70
3.1.2 DESCRIÇÃO DOS SOLOS ADOTADOS
Com essa diretriz em mente foram escolhidos os solos de referência 631,
uma areia, identificada no âmbito desse trabalho como solo A; e referência 687,
uma areia argilosa, identificada agora como solo B. Tais referências são as
mesmas utilizadas por THULLER (2005) em sua tese de mestrado.
O solo A foi coletado em uma jazida de saibro explorada pela Prefeitura
Municipal de Cachoeiras de Macacu. Segundo funcionários da prefeitura, a
jazida, chamada de “Saibreira do 23”, situa-se estrategicamente próxima a
rodovias vicinais diminuindo assim as distâncias de transporte quando da
execução de revestimento primário (THULLER,2004). A prefeitura vem
utilizando esses materiais em revestimento primário, sub-bases e bases de
rodovias vicinais.
Para a coleta deste solo, foi tomado o cuidado de se retirar cerca de 30 cm
da camada superficial da jazida, para evitar uma possível contaminação com
materiais orgânicos. Entretanto, com base em informações geológicas,
THULLER (2005) o classifica como de horizonte C. A jazida está retratada nas
FIG 3-1 e 3-2.
O solo B foi coletado na estrada municipal denominada FRI119 – Estrada
do Sumidouro mais conhecida como Estrada da Laje, que liga a localidade de
Fazenda da Laje ao distrito de Conselheiro Paulino em Nova Friburgo,
tratando-se de uma via de baixíssimo volume de tráfego, sendo melhor
visualizada nas FIG 3-3 e 3-4.
Trata-se de uma estrada muito sinuosa com declividades acentuadas, sem
qualquer marcação de quilometragem. A topografia acidentada e a drenagem
deficiente causam altas velocidades de escoamento das águas superficiais e
erosões nos solos. THULLER (2005) o classifica como um solo de horizonte B.
A amostra C foi coletada da adjacência de um revestimento primário de via
interna de 900 metros de extensão do Depósito Central de Munição (DCMun),
aquartelamento situado em Paracambi, interior do estado do Rio de Janeiro,
pois seu solo é bastante representativo das regiões lindeiras, especialmente da
RJ- 122, rodovia estadual onde o quartel se localiza.
71
Trata-se de uma estrada com grandes retas e curvas suaves. A via interna
do quartel tem tráfego de veículos irrisório, mas apresenta sua trafegabilidade
prejudicada no período de chuvas, graças à plasticidade de seu solo.
O solo C foi extraído ao longo de dez poços de exploração, distando 80
metros um do outro. Por iniciativa do próprio aquartelamento, periodicamente é
feito um controle de plasticidade com pedrisco, fazendo as vezes de uma
“estabilização granulométrica” neste solo. O local onde foi extraída a amostra é
retratada nas FIG 3-5 e 3-6.
FIG. 3.1 Aspecto da Jazida do Solo A deste estudo, em Cachoeiras de
Macacu/RJ
FIG. 3.2 Detalhe da Jazida do Solo A deste estudo
72
FIG. 3.3 Aspecto do Talude de Ocorrência do Solo B deste estudo, em
Nova Friburgo/RJ
FIG.
3.4 Detalhe da Jazida do Solo B deste estudo
73
FIG. 3.5 Detalhe do local de ocorrência do Solo C deste estudo, no
DCMun, em Paracambi/RJ
FIG. 3.6 Detalhe do local de ocorrência do Solo C deste estudo.
3.1.3 COLETA E PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
Na coleta de solos finos em taludes foram descartados os primeiros 5 cm e,
para os solos granulares coletados nas saibreiras, foram tomados cuidados em
relação à coleta e ao acondicionamento.
Os solos assim coletados foram ensacados e transportados até o
laboratório de solos do Instituto Militar de Engenharia. Colocaram-se as
amostras em bandejas com o objetivo de secá-las ao ar livre. Antes de todo e
74
qualquer ensaio, seja ele de caracterização ou para se preparar misturas solo-
emulsão, uma pequena porção foi retirada do solo para realização do controle
de umidade, segundo a norma DNER ME 041/94
Foram realizados assim os ensaios de caracterização e de compactação
em cada um dos solos conforme normas indicadas na TAB 3-1.
TAB. 3.1 Ensaios de caracterização dos solos
ENSAIO DISCRIMINAÇÃO
DNER ME 041/94 Preparação de amostras para caracterização
DNER ME 051/94 Análise granulométrica por sedimentação
DNER ME 080/94 Análise granulométrica por peneiramento
DNER ME 093/94 Determinação da densidade real
DNER ME 082/94 Determinação do limite de plasticidade
DNER ME 122/94 Determinação do limite de liquidez
DNER ME 162/94 Ensaio de compactação de amostras trabalhadas
DNER ME 228/94 Ensaio de compactação em equipamento miniatura
3.1.4 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA
A caracterização química é bastante útil na área de estabilização de solos,
especialmente na estabilização química. KEZDI (1975) relaciona a composição
química dos solos com a seleção dos aditivos a serem utilizados para se
melhorar um solo, por exemplo.
No presente trabalho, a caracterização química é utilizada para verificar a
composição dos solos, a ação do intemperismo sobre os mesmos, e avaliar a
influência da composição química na estabilização com emulsão asfáltica.
A análise química para esta pesquisa foi realizada no Laboratório de
Geotecnia da COPPE/UFRJ. Foram determinados o pH do solo em água e em
KCl, e o ensaio de ataque sulfúrico, que determinou a percentagem de silicatos
(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,
75
é possível prever a maior ou menor facilidade que este solo terá ao se misturar
com emulsão, como já mostrado anteriormente no item 2.4.3.1 e em KEZDI
(1979).
A análise química obedeceu à norma DNER ME 030/94, e o objetivo é
determinar as razões sílica-alumina (Ki) e sílica-sesquióxidos (Kr) dos solos,
como mostrado nas EQ 3.1 e EQ 3.2:
102%
60%
32
2
÷
÷
=
OAl
SiO
K
i
, onde: EQ 3.1
• 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.
160%102%
60%
3232
2
÷+÷
÷
=
OFeOAl
SiO
Kr
, onde: EQ 3.2
• 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).
76
3.1.5 MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE VARREDURA
O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é geralmente utilizado para
observações de amostras espessas, ou seja, não transparentes a elétrons. A
razão principal de sua utilização está associada a alta resolução que pode ser
atingida e à grande profundidade de foco.
O MEV consiste basicamente de uma coluna ótico-eletrônica, da câmara
para a amostra, sistema de vácuo e controle eletrônico e sistema de imagem.
Um feixe de elétrons de alta energia é focalizado num ponto da amostra, o que
causa emissão de elétrons com grande espalhamento de energia, que são
coletados e amplificados para fornecer um sinal elétrico. Este sinal é utilizado
para modular a intensidade de um feixe de elétrons num tubo de raios
catódicos (TRC). Para construir a imagem completa, o feixe de elétrons é
varrido sobre uma área da superfície da amostra enquanto que um feixe no
TRC é varrido sincronicamente sobre um rastro similar, (JACINTHO, 2005)
A preparação das amostras e a metalização das mesmas foram realizadas
no Laboratório de Microscropia Eletrônica de Varredura (MEV) do Instituto
Militar de Engenharia, mostrado na FIG 3.7. Os aspectos relativos à
preparação das amostras e à execução do ensaio são apresentados a seguir, e
foram adaptados da tese de mestrado de JACINTHO (2005) para a realidade
do equipamento do IME:
- Extraiu-se um “pedaço” da amostra depois de compactada com o auxílio
de uma espátula, sendo este quebrado cuidadosamente com as mãos de forma
que a superfície a ser analisada no MEV fosse a superfície obtida através de
quebra da amostra.
- Fixou-se a amostra em um porta-amostra de alumínio, usando emulsão de
ouro e fez-se com um pincel a interligação da superfície da amostra com o
porta-amostra (pontos de condução elétrica). A base para colocação da
amostra é mostrada na FIG 3.8, e é recomendado que o “pedaço” não
ultrapasse a base, que possui cerca de 1 centímetro de diâmetro, enquanto sua
altura pode ter em torno de 1 centímetro.
77
- Revestiu-se a superfície da amostra com uma fina camada de material
condutor. Este processo denominado metalização da amostra teve duração de
aproximadamente 60 s e foi realizado em aparelho metalizador de amostras.
Foram ensaiadas amostras dos três solos, compactados com os teores de
0, 2, 4, 6 e 8% de emulsão asfáltica. A realização de ensaios com e sem
emulsão asfáltica teve como objetivo verificar mudanças na microestrutura e
verificar a ligação entre o asfalto e o solo, a exemplo do que já fez JACINTHO
et al. (2005). A análise das amostras devidamente preparadas foi realizada
através do Microscópio Eletrônico de Varredura, equipado com detector EDX
(espectrometria por energia dispersiva de raios-X) para micro-análise.
FIG. 3.7 Detalhe do Microscópio Eletrônico de Varredura do IME.
FIG. 3.8 Detalhe das bases, sem amostras, onde são postas as amostras
no Microscópio Eletrônico de Varredura do IME.
78
3.2 EMULSÕES ASFÁLTICAS
3.2.1 DESCRIÇÃO DAS EMULSÕES USADAS NESTE ESTUDO
Optou-se por trabalhar com dois tipos de emulsões fornecidas pelo
CENPES/PETROBRAS: uma emulsão de ruptura lenta (RL-1C) e uma emulsão
de ruptura média (RM-1C). Buscou-se assim testar a diferença entre a ação de
dois tipos de emulsões disponíveis no mercado.
Os ensaios de caracterização foram realizados na Divisão de Pesquisa e
Desenvolvimento do Instituto de Pesquisas Rodoviárias, no Rio de Janeiro,
com as metodologias indicadas na TAB 3.2. alguns dos equipamentos
utilizados estão mostrados nas FIG 3.9 e 3.10.
TAB. 3.2 Ensaios realizados no IPR
Ensaio de classificação Norma técnica 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.
79
FIG. 3.10 Aparelho de carga de partícula para emulsões asfálticas, do IPR,
utilizado neste estudo.
3.2.2 COLETA E PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS
As emulsões foram fornecidas de duas maneiras: enquanto a RL-1C foi
fornecida em um recipiente de 50 litros, a RM-1C foi fornecida em uma lata de
18 litros. Os ensaios de caracterização foram executados no Laboratório de
Ligantes Asfálticos do IPR-DNER.
3.3 PROCEDIMENTO DE MISTURA SOLO-EMULSÃO
Por serem sistemas heterogêneos com diversas fases contínuas e
descontínuas, a mistura entre solo-emulsão deve ser feita com cuidado para
que não haja confusão entre os conceitos já existentes para o sistema solo-
água.
Os primeiros cuidados envolvem sobretudo a escolha do teor de emulsão a
ser aplicado, o que deve ser feito de acordo com o tipo de solo que será
utilizada na mistura.
A adição de emulsão ao solo pode envolver uma diluição em água, o que é
chamada de água de diluição, o que acontece pelo fato de a emulsão ser muito
viscosa (VOGT, 1971; MATTOS et al.,1991). LUCENA et al. (1982) e ARAÚJO
80
et al. (1983) recomendam uma parte de emulsão e uma parte de água,
enquanto VOGT (1971) recomenda fazer um ensaio de laboratório com teores
de 45% e 30% de diluição até se encontrar uma boa dispersão e viscosidade.
Em laboratório, a água de diluição ajuda na dispersão da emulsão de baixa
viscosidade na massa de solo, vindo a influir na facilidade de mistura. Em
campo, MOREIRA (2006) afirma que a água de diluição também retarda o
rompimento da emulsão, possibilitando uma operação de mistura mais
demorada e intensa, notadamente em tempos de aplicação mais elevados.
Existe ainda a água que é utilizada normalmente em laboratório ou em
campo que é acresentada ao solo para levá-lo à umidade ótima. Em misturas
solo-emulsão, ela melhora a dispersão da emulsão ao solo de uma forma mais
direta, sendo chamada de água de compactação por VOGT (1971). MATTOS
et al (1991), de acordo com estudos experimentais, chegaram à conclusão de
que a mistura de um solo seco ou parcialmente úmido à emulsão pode
provocar sua ruptura prematura. Isso acontece, porque o solo seco é um
material higrófilo, ou seja, ávido por água e com uma alta sucção.
A respeito, VOGT (1971) constata que existe um teor mínimo de água, da
ordem de 3 a 5 %, abaixo da qual não é possível dispersar a emulsão ao solo.
Esse teor crítico é chamado de água de diluição.
Não devem deixar de ser consideradas a umidade higroscópica do solo e a
água já contida na emulsão pura. Ela é determinada em ensaios de destilação
ou em resíduo por aquecimento de emulsões asfálticas.
Essas quatro parcelas formam a percentagem de água necessária para a
compactação do solo, e é chamada por VOGT (1971) de água total, e é o teor
necessário teórico para a dispersão total dessa água no solo. Na prática, a
água total depende diretamente do equipamento a ser utilizado na mistura, e a
esse valor é acrescido uma umidade de 1 a 5 %. Quando maior a energia de
dispersão, maior deverá ser esse valor, provavelmente para prevenir as perdas
de umidade durante o processo de mistura.
Existe ainda a definição sobre o teor de fluidos ótimo de uma mistura, que
é análoga à umidade ótima para misturas solo-emulsão.
JACINTHO et al. (2005) e MOREIRA (2006) consideram que o teor de
fluidos é simplesmente a soma da quantidade de água com a quantidade de
emulsão a ser acresentada a um solo. Em contrapartida, LUCENA et al. (1982),
81
ARAÚJO et al. (1983), BUENO et al. (1991) e CARVALHO et al. (1992) nem
mencionam este conceito. Esses trabalhos devem considerar o CAP contido na
emulsão como um elemento sólido e apenas a fase líquida da emulsão (água +
emulsificante) entraria no cálculo como uma parcela da umidade ótima.
Em suma, o autor da presente pesquisa seguirá a segunda linha de
raciocínio para aplicações no laboratório, por acreditar que o CAP, após a
ruptura da emulsão e conseqüente formação de filme betuminoso, se torna um
elemento sólido. Para este estudo desenvolveu o autor desta pesquisa uma
planilha em EXCEL para auxiliar nos cálculos de materiais a serem utilizados
nas misturas em laboratório.
Todavia, para critérios práticos, no Apêndice B é mostrada uma memória
de cálculo com o teor de fluidos como parte de uma aplicação em campo.
JACINTHO (2005) faz uma comparação entre os dois pontos de vista em
um ensaio de compactação: à esquerda da FIG 3.11, o CAP entra como um
sólido, e à direita, o CAP entra como um fluido que é parte da emulsão.
Verifica-se que há uma pequena diminuição da umidade ótima e um
aumento do teor de fluidos com o aumento do teor de emulsão, o que é
justificado pelo aumento da quantidade de CAP na mistura e pelo conseqüente
aumento na parcela sólida do solo.
(a) (b)
FIG. 3.11 Comparação entre (a) gs versus umidade (%) e (b) gs versus
teor de fluidos(%) (JACINTHO, 2005)
82
Para se calcular um traço de solo-emulsão em laboratório, antes de tudo é
necessário que sejam obtidos os seguintes dados do solo e da emulsão a
serem misturadas:
• Umidade higroscópica do solo;
• Umidade ótima do solo puro;
• Quantidade de solo a ser trabalhada;
• Percentagem de CAP na emulsão;
• Percentagem de água na emulsão;
• Teor de emulsão a ser misturado.
Como exemplo, seja misturar 10 quilos de solo a um traço em relação ao
peso seco de solo de 2% de emulsão do tipo RL-1C, como se segue:
• Umidade higroscópica do solo: 2 %;
• Umidade ótima do solo: 10 %;
• Percentagem de CAP na emulsão: 62%;
• Percentagem de água na emulsão: 38 %
Como o traço é feito em relação ao solo seco, calcula-se o solo seco,
dividindo o peso do solo pela sua umidade, em seguida, obtendo-se a
quantidade de emulsão a ser acrescentada:
gmlEm
g
h
Ph
Ps
4,1984,198980302,0
9803
02,01
10000
1
==×=
=
+
=
+
=
A quantidade de emulsão a ser acrescentada é de 198 g; ela deverá ser
diluída em quantidade igual de água, conforme visto nesse mesmo item. Trata-
se da água de diluição, misturada antes mesmo da mistura ao solo. Caso a
emulsão seja acrescentada pura, corre-se sério risco de a moldagem não ser
satisfatória: são aproximadamente 200 ml de emulsão a ser diluída em 10
quilos de solo.
Em seguida, passa-se ao cálculo da água já presente na emulsão. Dos 198
ml, já são acrescentados 38 % de água, o que perfaz 74 ml de água.
O cálculo da água de dispersão, isto é, a água que deve ser acrescentada
para diminuir a sucção no solo, é feito a partir da água que leva o solo à
83
umidade ótima. Como já estão presentes 2 % de água, faltam 8 % a serem
acrescentados.
Água = 0,08 X 9803 =785 ml água
Desse total, devem ser desconsideradas a água já presente na emulsão e a
água de diluição. O resultado é a água de dispersão que deve ser
acrescentada ao solo para se levar à umidade ótima.
Água de dispersão = 785 – (74 + 198) = 512 ml água
Outro cuidado a ser tomado é quando, seguindo esse roteiro de cálculo,
acha-se uma quantidade de água de dispersão “negativa”. Isso pode ser
possível principalmente em solos com alta umidade higroscópica adicionados a
teores elevados de emulsão. Nesse caso, a própria umidade higroscópica já
exerce um papel de facilitar a dispersão do ligante, sendo dispensada a
presença de água específica para isso. Deve-se assim, diluir a emulsão em um
traço maior que uma parte de água para uma parte de emulsão, para que a
água a ser utilizada na diluição da emulsão seja por si só capaz de levar a
mistura ao teor ótimo.
A mistura deve ser feita com igual cuidado, haja visto que são misturados
dois tipos de materiais completamente diferentes. O modus operandi utilizado
no presente trabalho compõe-se das seguintes fases:
• Ensaio de umidade higroscópica do solo;
• Separação da quantidade de solo e de emulsão a ser ensaiada;
• Cálculo da quantidade de água e de emulsão a serem adicionadas;
• Adição de uma parte da água de moldagem (água de dispersão),
previamente calculada;
• Adição de outra parte à emulsão asfáltica (água de diluição)
previamente calculada;
• Adição da emulsão diluída ao solo e posterior homogeneização
manual;
84
• Homogeneização mecânica por três minutos em misturador de
solos;
• Moldagem e compactação dos corpos-de-prova;
• Pesagem dos corpos-de-prova;
• Colocação dos corpos-de-prova em cura seca (ao ar livre) ou em
cura úmida (na câmara úmida). Nesse segundo caso, o corpo-de-
prova é envolvido em filme de PVC antes de ser colocado na
câmara úmida.
3.4 ENSAIOS DE MISTURAS SOLO-EMULSÃO
3.4.1 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES:
O ensaio de resistência à compressão simples (RCS) para amostras de
solo-cimento é normatizado pelos métodos de ensaio DNER ME 202/94 e
ABNT NBR 12024 e 12770. Buscou-se adaptar essa norma para amostras de
solo-emulsão, seguindo o mesmo tamanho de corpo-de-prova e a mesma
seqüência de ensaio.
1- Logo após ter-se preparado a mistura como no item 3.3, passa-se à
moldagem do corpo-de-prova no interior de molde cilíndrico Proctor,
firmemente ajustado à sua base e ao colarinho em três camadas sucessivas;
2- Cada camada receberá 25 golpes do soquete metálico, em queda livre.
Atenção aos cuidados na hora da moldagem, e principalmente entre uma
camada e outra, de acordo com a norma DNER ME 202/94;
3- Extrai-se o corpo-de-prova do molde. Pesa-se e coloca-se o corpo-de-
prova em cura ao ar livre por 7 ou 28 dias, de acordo com a condição de
ruptura do ensaio desejada;
4-Após o período de cura necessário, o corpo-de-prova é pesado e tem seu
diâmetro medido. São verificados problemas quanto ao nivelamento das faces
superior e inferior; não se desejam distorções angulares significativas;
5- Coloca-se o corpo-de-prova na prensa eletrônica, de tal modo que o eixo
do corpo-de-prova se alinhe com a bilha inferior do anel dinamométrico;
Regula-se a mesa inferior da prensa, de modo que a bilha e o top cap do
85
corpo-de-prova tenham contato;
6- Instala-se o LVDT ao braço magnético, posicionando-o de tal modo que
a sua ponta tangencie a mesa inferior da prensa. O objetivo é que o
deslocamento da mesa seja captado pelo LVDT;
7- Inicia-se o carregamento. Aplica-se uma taxa de deslocamento da mesa
de norma de 1 mm/min para os ensaios. A condição de parada do
carregamento ocorre quando o leitor de carga do sistema de aquisição de
dados estiver indicando uma estabilização na leitura dos valores de carga,
indicando a proximidade da ruptura do corpo-de-prova;
8- Calcula-se a resistência à compressão axial do corpo-de-prova dividindo
a carga de ruptura pela sua seção transversal. Também pode ser obtida a
curva tensão-deformação.
Nas FIG 3.12 e 3.13 apresentam-se fotos do equipamento e da prensa
vertical do IME, com detalhe do anel dinamométrico acoplado à prensa e do
defletômetro, acoplados ao corpo-de-prova, com o sistema de aquisição de
dados utilizados nas leituras do LVDT e do anel dinamométrico.
FIG. 3.12 Detalhe da prensa de resistência à compressão simples
eletrônica do IME, usada neste estudo.
86
FIG. 3.13 Detalhe da tela do sistema da captação de dados do IME,
utilizada neste estudo para a RCS
3.4.2 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO INDIRETA
Este ensaio, internacionalmente adotado, foi idealizado inicialmente para o
concreto pelo pesquisador brasileiro F. L. Lobo Carneiro. Foi estendido ao
estudo dos solos estabilizados quimicamente, visto que o solo tratado adquire
resistência à tração, e ao estudo das misturas asfálticas, de acordo com o
método de ensaio 138/94 do DNER, (DNER ME 138/94) e a ABNT NBR 15087.
O ensaio normalmente é realizado fazendo-se atuar um carregamento
auto-equilibrado, distribuído em duas arestas diametralmente opostas de um
cilindro, surgem tensões de tração praticamente constantes na direção
perpendicular àquela da aplicação do carregamento.
Para se fazer esse ensaio, contou-se com duas adaptações do
equipamento usado no ensaio de resistência à compressão simples. Substituiu-
se o top cap por dois cutelos de aço, sendo que um foi colocado na mesa
apoiando o corpo-de-prova, e o outro sendo responsável pelo contato da aresta
do corpo-de-prova com a bilha de contato do anel dinamométrico.
A segunda adaptação ocorreu no tamanho do corpo-de-prova. Como era
imperativa que a energia do ensaio não fosse alterada, a compactação ocorreu
no molde do corpo-de-prova Marshall, com três camadas, aplicando-se 16
golpes em cada camada distribuídos pelo corpo-de-prova.
Com a moldagem executada, extrai-se o corpo-de-prova do molde
Marshall, pesando-o e pondo-o em cura ao ar livre ou em outra condição de
87
ensaio desejada.
Passado o tempo de cura, pesa-se o corpo-de-prova, que é colocado na
prensa eletrônica, de tal modo que o eixo formado pelo corpo-de-prova, pela
bilha inferior do anel dinamométrico, e pelos cutelos de aço passe pelo centro
da mesa inferior da prensa.
Inicia-se o carregamento, a partir do momento em que o sistema de
aquisição estiver pronto para captar a força aplicada ao anel e o deslocamento
de LVDT. A taxa de deslocamento da mesa, nesse caso, foi de 0,5 mm/min
para os ensaios.
Calcula-se a resistência à compressão diametral do corpo-de-prova de
acordo com a fórmula descrita na EQ 3.3
EQ 3.3
Para corpos-de-prova com 10 cm de diâmetro, tem-se a simplificação como
na EQ 3.4
EQ 3.4
3.4.3 ENSAIO DE MÓDULO DE RESILIÊNCIA
3.4.3.1 ENSAIOS DE SOLOS
Os procedimentos para a realização do ensaio triaxial dinâmico na
determinação do módulo de resiliência em amostras de solos são descritos
pelo método ME131/94. VIANNA (2002) em sua tese de mestrado desenvolveu
variações no equipamento e nos pares de tensões atuantes no sistema, em
relação à norma do DNER, o que hoje é o modelo implantado no IME.
A importância na execução desse tipo de ensaio é que ele ainda não foi
utilizado para análise de desempenho de solos estabilizados com emulsão
asfáltica, no Brasil. Os ensaios triaxiais dinâmicos buscam reproduzir em
laboratório as condições de carregamento impostas aos materiais pelas cargas
de tráfego.
88
O corpo-de-prova, logo após compactado na umidade de ensaio, é
envolvido por uma membrana de borracha e assentado em uma base porosa.
Também é posicionado um cabeçote em seu topo, e a única exigência é que
ele seja capaz de distribuir uniformemente a força transmitida pelo sistema
pneumático. Para garantir o confinamento do corpo-de-prova, elásticos são
colocados de forma a vedar a membrana plástica.
Em seguida, dois LVDT são fixados no cabeçote superior, e são
posicionados de tal modo que se apóiem em uma haste guia. Essa haste se
estende até a base do aparelho, onde pode ser ajustada pelo operador.
São posicionados em seguida o invólucro cilíndrico e a placa superior,
quando é o momento de se ligar as mangueiras de ar comprimido e terminar as
conexões finais do pistão com o corpo-de-prova.
O ensaio de módulo de resiliência de solos possui duas fases: a primeira
onde são executados 500 ciclos de cada par de tensões descritos na TAB 2.5,
com o objetivo de eliminar ou minimizar os efeitos da deformação plástica ou
de tensões anteriores; e a segunda fase, o ensaio propriamente dito, onde são
executados os pares de tensões descritos na TAB 2.3.
A tensão vertical ou tensão desvio (σd = σ1-σ3) é aplicada no topo da
amostra, sempre no sentido de compressão, de forma cíclica, promovendo um
carregamento e descarregamento, dependendo da freqüência (em geral 1 ciclo
por segundo) e magnitude (em geral 0,1 segundo) que se deseja, enquanto a
tensão confinante, σ3, permanece constante.
A obtenção do módulo resiliente é feito automaticamente pelo computador
para cada par de tensões aplicada. O deslocamento elástico é captado pelos
LVDTs .
Os módulos experimentalmente calculados são modelados de diversas
maneiras. FERREIRA (2002) desenvolveu uma planilha em Excel que executa
o modelo composto e um procedimento para eliminação de valores de módulo
discrepantes. A planilha do IME, apresentada na FIG 3.14, também possui
esse procedimento, com os parâmetros de regressão dos modelos composto,
arenoso e areno-argiloso, esse último tanto em função do invariante de tensões
como da tensão desvio.
89
Operador:
SOLO A
Km/Jazida:
amostra 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 0,016903 0,000085 241
0,021 0,042 0,037367 0,000189 218
0,021 0,062 0,066046 0,000334 185
0,034 0,034 0,026642 0,000135 255
0,034 0,069 0,074279 0,000376 183
0,034 0,103 0,121684 0,000616 167
0,051 0,051 0,042165 0,000213 239
0,051 0,103 0,104621 0,000529 195
0,051 0,154 0,169503 0,000858 181
0,069 0,069 0,057661 0,000292 235
0,069 0,137 0,135069 0,000683 201
0,069 0,206 0,205177 0,001038 198
0,103 0,103 0,078276 0,000396 260
0,103 0,206 0,175953 0,000891 231
0,103 0,309 0,263041 0,001332 232
0,137 0,137 0,091776 0,000465 295
0,137 0,275 0,203201 0,001029 267
0,137 0,412 0,350085 0,001775 232
K1= 358,011 K3= -0,229
K2= 0,350 R2= 0,731
MR = K
1
x σ
3
K2
x σ
d
K3
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
SEÇÃO DE ENGENHARIA DE FORTIFICAÇÃO E CONSTRUÇÃO - SE-2
LABORATÓRIO DE SOLOS
sigma3(MPa)xMR(MPa)
y = 312,08x
0,1214
R
2
= 0,2608
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
sigma3
MR
sigmad(MPa)xMR(MPa)
y = 222,27x
0,0035
R
2
= 0,0003
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
sigmad
MR
teta(MPa)xMR(MPa)
y = 242,2x
0,0742
R
2
= 0,1042
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
teta
MR
FIG. 3.14 Exemplo da planilha de cálculo de módulo resiliente do IME
90
3.4.3.2 Misturas asfálticas
O módulo de resiliência de misturas asfálticas medido sob carga repetida é
realizado em Compressão Diametral com frisos de carga, com o mesmo tipo de
pulso usado nos módulos de solos compactados e normatizado pela norma
DNER ME 133/94.
A importância desse ensaio é que ele pode ser utilizado no cálculo de
tensões e deformações nos pavimentos, e em conseqüência, em seu
dimensionamento mecanístico. No caso específico de solos estabilizados com
emulsão, ele é aplicado nos trechos onde existe apenas um revestimento
primário de solo-emulsão.
O ensaio dinâmico, representado na FIG 3-15 consiste em se solicitar uma
amostra cilíndrica, por uma carga de compressão distribuída ao longo de duas
geratrizes opostas, sob frisos de cargas, e medir as deformações resilientes ao
longo do diâmetro horizontal, perpendicular à carga F aplicada repetidamente.
As deformações diametrais são medidas através de medidores
eletromecânicos tipo LVDT. (PINTO e PREUSSLER, 1980). É gerada através
da carga compressiva aplicada uma tensão de tração (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.
91
FIG.
3.15 Detalhe do equipamento de ensaio de compressão diametral de
carga repetida com corpo-de-prova de solo-emulsão, do IME
FIG. 3.16 Detalhe da tela de aquisição de dados do ensaio de compressão
diametral de carga repetida, do IME.
3.4.4 ENSAIOS DE DESGASTE
3.4.4.1 INTRODUÇÃO
Uma das maiores demandas na pavimentação hoje em dia é sem dúvida a
utilização de tecnologias baratas e confiáveis para vias com baixo volume de
tráfego. A estabilização com emulsão asfáltica se encaixa nesse perfil, pois os
solos assim estabilizados, além de poder ganhar resistência à compressão
simples ou aumentar seus módulos de resiliência, também podem adquirir
diversas características como resistência à tração e impermeabilidade.
Tal versatilidade permite que o solo estabilizado não seja somente atrativo
92
em sua utilização para bases de pavimentos, mas também como revestimento
primário de rodovias de baixo volume de tráfego. Esse ponto de vista é
reforçado com a norma ASTM D 4223-99 (2006), que utiliza como critério
principal de dosagem do solo emulsão a resistência à tração por compressão
diametral, com corpos-de-prova compactados no equipamento Marshall, como
se faz normalmente para as misturas asfálticas.
Torna-se assim importante avaliar os solos por parâmetros diferentes, que
contemplem melhor a definição de resistir às forças abrasivas do tráfego
(PINTO & PREUSSLER, 2002). Uma alternativa para avaliação da resistência
ao desgaste são os ensaios de desgaste LWT e WTAT, originalmente usadas
na dosagem de microrrevestimento asfáltico que foram adaptadas para
situações diferentes, como o antipó (DUQUE NETO, 2004) e o tratamento
superficial (THULLER, 2005).
3.4.4.2 LWT (LOADED WHEEL TEST)
O ensaio LWT está descrito na norma NBR 14841, denominada
“determinação de excesso de asfalto e adesão de areia” pela máquina LWT. O
ensaio é parte da metodologia de dosagem do microrrevestimento a frio.
O ensaio modificado visa avaliar o efeito da compactação e as
características de deformação da camada de solo quando simulada a ação do
tráfego. Em relação ao solo-emulsão, o ensaio permite ainda uma avaliação da
durabilidade da técnica.
O ensaio, mostrado na FIG 3-17 consiste basicamente em submeter-se
uma porção de solo estabilizado à ação do movimento de uma roda de
borracha sob condições de carga e de número de ciclos fixados, com o intuito
de se simular o desempenho em pista.
93
FIG. 3.17 Foto do equipamento LWT (Loaded Wheel Test) da COPPE –
vista de cima - preparado para ensaio de solo conforme proposto por
DUQUE NETO (2004).
O equipamento utilizado é o seguinte:
• O molde é composto de chapas de 12,7 mm de espessura compondo uma
caixa fechada na base nas dimensões internas de 50,0 mm de altura, 50,8 mm
de largura e 381,0 mm de comprimento.
• A base de fixação possui 6 parafusos de 70,0 mm de altura e 9,52 mm
(3/8”) de diâmetro.
• O êmbolo de compactação, de área plena, tem dimensões de 40,0 mm de
altura, 48,0 mm de largura e 379,0 mm de comprimento.
• É necessário utilizar uma prensa hidráulica de capacidade mínima de 5
toneladas para fazer a compactação estática do solo dentro do molde.
A preparação do solo, moldagem e cura do corpo-de-prova seguiram os
seguintes passos:
• Em uma bacia homogeneizar o solo na umidade ótima de compactação da
energia escolhida. Separar uma quantidade de solo úmido necessário para
moldagem de um corpo-de-prova de 40,0 mm de altura e deixar descansar por
24 horas em câmara úmida. A quantidade de solo úmido é determinada a partir
do volume a ser compactado (dado pelas dimensões do molde) e da densidade
máxima obtida na curva de compactação da energia escolhida.
94
• Colocar a primeira metade do solo espalhando-o dentro do molde de
forma uniforme, colocar o êmbolo de compactação e aplicar uma carga
necessária para se obter uma altura compactada de 20,0 mm. A altura é
verificada com o auxílio de um paquímetro de profundidade em todo o
comprimento do molde.
• Colocar a segunda metade da porção do solo espalhando-o dentro do
molde de forma uniforme, colocar o êmbolo de compactação e aplicar uma
carga necessária para se obter uma altura compactada final de 40,0 mm. A
altura é verificada com o auxílio de um paquímetro de profundidade em todo o
comprimento do molde e a carga normalmente aplicada varia de 2,5 a 4,5
toneladas.
A execução do ensaio segue os seguintes passos:
• Centralizar o molde de forma que a montagem da roda esteja alinhada
com a linha central longitudinal do molde e fixá-lo utilizando os parafusos
prisioneiros.
• Limpar a cobertura de borracha da roda, retirando-se eventuais resíduos
soltos e óleos.
• Determinar a leitura zero com o auxílio do paquímetro de profundidade
em um ponto fixo sobre o ponto central do corpo-de-prova, que deverá estar
marcado na lateral do molde. Verificar as condições iniciais do corpo-de-prova:
presença de exudação, trincamentos e outros possíveis defeitos, registrando-
se sempre todas as alterações
• Abaixar a roda, colocar o peso padrão (56 kg) e zerar o contador de ciclos.
Ligar o aparelho e desligar ao completar os estágios de 20, 50, 100, 200, 300,
500 e 1000 ciclos, verificando o afundamento com o auxílio do paquímetro de
profundidade e observando possíveis defeitos ocorridos durante a passagem
dos ciclos. As observações visuais caracterizam-se pela verificação de defeitos
como desgaste, surgimento de lombadas ou arrancamento de placas.
A apuração dos dados e classificação do ensaio faz-se determinando os
afundamentos em cada estágio de aplicação de carga a partir da diferença da
leitura final e inicial. Traçar um gráfico afundamento (ordenada) versus ciclos
(abscissa) para melhor verificação do desempenho.
95
3.4.4.3 WTAT (WET TRACK ABRASION TEST)
O ensaio WTAT original encontra-se descrito na norma NBR 14746,
denominada “determinação de perda por abrasão úmida”. O ensaio é parte
integrante da metodologia de dosagem do microrrevestimento a frio e lama
asfáltica.
Este ensaio, modificado por DUQUE NETO (2004), avalia o desgaste do
solo quando simulada a ação do tráfego permitindo ainda uma avaliação da
durabilidade da técnica de antipó, de tratamento superficial ou solo-emulsão e
até mesmo da emulsão empregada.
O ensaio modificado consiste basicamente em submeter-se uma amostra
de solo-emulsão à ação de desgaste gerada por ação de uma mangueira de
borracha sob condições de carga e de número de ciclos fixados, como indica a
foto na FIG 3-18.
FIG. 3.18 Equipamento WTAT (Wet Track Abrasion Test), da COPPE, com
camada de solo a ser testada.
O equipamento utilizado é basicamente o mesmo da norma aplicada ao
microrrevestimento, com as seguintes alterações (DUQUE NETO, 2004):
• O molde para uso é composto de chapas de 6,3 mm de espessura
compondo um cilindro fechado na base nas dimensões internas de 50,0 mm de
altura e 300,0 mm de diâmetro.
• Régua de aço de 5,0 mm de espessura e 400,0 mm de comprimento.
• Soquete Marshall.
96
A preparação do solo, moldagem e cura do corpo-de-prova para o ensaio
WTAT modificado seguem os seguintes passos:
• Colocar a primeira metade do solo espalhando-o dentro do molde de
forma uniforme, compactar com o soquete Marshall a camada de solo
distribuindo os golpes em toda a área de solo (para a energia intermediária são
necessários 88 golpes por camada).
• Colocar a segunda metade do solo espalhando-o dentro do molde de
forma uniforme, compactar, com o soquete Marshall, a camada suplementar de
solo. Rasar a superfície com um bisel de modo que fique horizontal e sem
elevações.
A execução do ensaio segue os seguintes passos:
• Pesar o conjunto molde + solo antes de começar o ensaio. Pesar o
mesmo depois de pincelado com uma vassourinha e retirado o excesso.
Determinar 3 alturas no centro do molde com auxílio da régua de aço e do
paquímetro de profundidade. Verificar as condições iniciais do corpo-de-prova.
• Centralizar o molde de forma que a montagem do cilindro esteja
centralizada com o equipamento e fixá-lo utilizando as presilhas laterais e uma
borracha de látex.
• Travar o cabeçote de abrasão da mangueira de borracha no eixo da
máquina. Elevar a plataforma da máquina até que a mangueira de borracha se
apóie livremente sobre a superfície da amostra.
• Regular a máquina para 110 rpm e tempo de operação de 5 minutos.
• Ligar a máquina e esperar o fim do ensaio.
• Retirar o material desprendido após o ensaio com ajuda de uma
vassourinha. Pesar o conjunto molde + solo depois do ensaio. Determinar 3
alturas no centro do molde com auxílio da régua de aço e do paquímetro de
profundidade nos pontos onde foram feitos as determinações iniciais,
verificando as condições finais do corpo-de-prova.
A apuração dos dados e classificação do ensaio seguem os passos
descritos a seguir (DUQUE NETO, 2004):
• Determinar a deformação permanente vertical a partir da diferença das
alturas médias final e inicial.
• Determinar a perda por abrasão a partir da diferença de massas final e
inicial.
97
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISES DOS RESULTADOS
Neste capítulo são apresentados os resultados dos ensaios e as análises
realizadas nesta pesquisa. São apresentados os resultados dos ensaios de
caracterização dos solos e das emulsões utilizados; ensaios de resistência que
analisam o comportamento mecânico da mistura como base de pavimentos:
resistência à compressão simples, resistência à tração indireta e módulo de
resiliência; e ensaios que analisam o comportamento mecânico da mistura
como revestimento primário de vias de baixo custo: módulo de resiliência na
tração diametral e ensaios de desgaste como o Loaded Wheel Test (LWT) e o
Wet Track Abrasion Test (WTAT). Também são apresentadas fotos de
microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos solos puros e dos solos
estabilizados.
4.1 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DESTE ESTUDO
4.1.1 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS
A partir da coleta das amostras no campo, foram feitos os ensaios de
caracterização dos solos a serem utilizados na pesquisa, executados no
Laboratório de Solos do IME.
Trabalhou-se com amostras destorroadas e secas ao ar. Deve-se notar que
essas condições descritas são apenas representações do que acontece no
campo.
Os solos apresentaram as curvas granulométricas representadas na FIG 4-
1. Apenas o Solo A obedece aos requisitos dos solos estabilizáveis com
emulsão asfáltica, conforme exposto no item 2.4.3. O Solo B obedece a alguns
destes requisitos, e o Solo C, pela sua plasticidade, não obedece a nenhum.
O Solo A é classificado como A-2-4 na classificação TRB, sendo sua
classificação MCT, NA’, compatível com o horizonte C de coleta. Trata-se de
um solo de bom comportamento em pavimentação, podendo ser utilizado em
bases e sub-bases de pavimentos, dependendo do CBR, pelas especificações
98
tradicionais para o método de dimensionamento do DNER (SOUZA, 1981).
O Solo B, é classificado como A-7-5 e o Solo C, como A-7-6. Pelas suas
características e pela classificação TRB, seus desempenhos são descritos
como ruim em pavimentação. Todavia, são solos de comportamento laterítico:
são LG’ na classificação MCT e por isso são aproveitados em pavimentação.
Os três solos descritos são classificados como SM (areia siltosa) segundo
o sistema unificado de classificação de solos (SUCS), embora sejam solos
completamente diferentes entre si.
TAB. 4.1 Resultados de caracterização dos solos
Percentagem passante Classificação Índices Solo
#4 #10 #40 #200 TRB SUCS MCT LL IP IG
A 98 95 81 30 A-2-4 SM NA’ NP NP 0
B 100 97 64 41 A-7-5 SM LG’ 52 15 3
C 97 91 62 41 A-7-6 SM LG’ 43 19 4
0
20
40
60
80
100
120
0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000
DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS(mm)
% QUE PASSA DA
AMOSTRA TOTAL
Solo A Solo B Solo C
FIG.
4.1 Granulometria dos solos estudados
A caracterização química dos solos foi realizada no laboratório de Análises
Químicas de Solos da COPPE/UFRJ. Consistiu nas seguintes análises
realizadas para os três solos:
• pH: para avaliar a acidez ou basicidade do solo, relacionado com o
tipo de emulsão ideal (aniônica ou catiônica) a ser utilizado na
estabilização;
• Matéria orgânica (M.O): para quantificar a quantidade de matéria
99
orgânica presente no solo. KEZDI (1979) afirma que esse tipo de
componente pode ou não ter um efeito danoso à estabilização,
dependendo de sua origem;
• Ataque sulfúrico: Esse tipo de reação afeta a porção argila do solo,
permitindo identificar compostos de 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
pH AMOSTRA
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
ATAQUE SULFÚRICO
SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
K
2
OTiO
2
Res. Ki Kr
AMOSTRA
% % % % % %
SOLO A 8,26 6,62 3,02 0,25 0,1 76,4 2,12 1,64
SOLO B 15,69 19,7 5,78 0,22 0,54 45,3 1,35 1,14
SOLO C 16,04 12,1 5,41 0,55 0,64 54,3 2,25 1,75
Em geral, os solos são classificados como ácidos, pois os pH foram em
todos os casos menor que 7. Também nos solos A e B foi encontrada uma
quantidade de matéria orgânica menor que 0,4, enquanto no solo C esse valor
foi bem próximo de 1. Tais valores são considerados baixos, haja visto que um
100
solo orgânico apresenta mais de 20% de matéria orgânica.
O solo A sofreu menos o ataque sulfúrico que os outros solos,
apresentando um resíduo de 76,4%. Este caso também é visto nas
percentagens de 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 2.4.3.2, solos com relações sílica-
sesquióxidos (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 2.10.
A análise auxiliar das amostras através do detector EDX (difratografia por
raio-X) pôde identificar alguns minerais presentes nos Solos A e B. A TAB 4.4
mostra a intensidade da presença destes minerais no solo.
TAB. 4.4 Minerais presentes nos solos – Levantamento por meio do
detector EDX
MINERAIS PRESENTES
Gipsita Goetita Quartzo Ilita
AMOSTRA
% % % %
SOLO A + + ++ -
SOLO B ++ + + -
OBS: + - O mineral está presente no solo;
++ - O mineral tem uma presença maior no solo;
- - O mineral não está presente no solo.
O solo A apresentou uma proporção com maior presença de quartzo, o que
comprova sua natureza granular, enquanto o Solo B apresenta uma presença
101
maior do argilomineral gipsita. Tal análise vem a corroborar os resultados da
análise química realizada e mostrada na TAB 4.3.
Em apenas uma das análises de solos estabilizados, também foi
encontrada pela análise pontual uma alta ocorrência do átomo de carbono. A
presença deste átomo é sinal de que na região de análise deva existir um filme
de CAP cobrindo algum grão de solo, haja vista que a identidade do CAP é a
presença de cadeias orgânicas formadas principalmente por este elemento. A
FIG 4.2 indica, em preto, o filme betuminoso capturado pela análise, por meio
de uma fotografia com MEV com ampliação de 500 vezes.
FIG. 4.2 Fotografia em MEV, de solo A + 8 % RL-1C, com ampliação de
500 vezes, com destaque em preto de filme betuminoso encontrado.
4.1.2 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DE EMULSÕES DESTE ESTUDO
Caracterizaram-se as emulsões asfálticas a partir de amostras
representativas dos vasilhames onde eram acondicionados. Tomou-se cuidado
no armazenamento das emulsões, para que não acontecesse sua ruptura.
Ensaios de desemulsibilidade de emulsões asfálticas por meio da ruptura com
cimento (NBR 6297/2003) foram realizados periodicamente para verificar o
estado dos ligantes asfálticos, habilitando ou não seu uso na pesquisa.
A caracterização das emulsões é mostrada nas TAB 4.5 e 4.6, e os
parâmetros de comparação são da norma ABNT-P-EB-472, como na FIG 2.3.
102
TAB. 4.5 Ensaios de caracterização da emulsão RM-1C
RM-1C
Encontrado Valor referência
Viscosidade Saybolt-Furol a 50° C 33,5 20-200
Peneiração (retido na peneira 0,84
mm), % em peso
0,002 Max 0,1
Carga de partícula Positiva Positiva
Resíduo da destilação , % em peso
sobre o total
67 Min 62
TAB. 4.6 Ensaios de caracterização da emulsão RL-1C
RL-1C
Encontrado Valor referência
Viscosidade Saybolt-Furol a 50° C 32 Max 70
Peneiração (retido na peneira 0,84
mm), % em peso
0 Max 0,1
Carga de partícula Positiva Positiva
Resíduo da destilação, % em peso
sobre o total
62 Min 60
4.2 ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO DESTE ESTUDO
Os solos foram secos ao ar e separados em porções de 5 kg. Em seguida,
água foi acrescentada até se obter um ponto próximo à umidade ótima, com
dois pontos no ramo seco e dois pontos no ramo úmido.
Cada um dos solos foi compactado na energia Proctor Normal, sendo
utilizados os corpos-de-prova padrão AASHTO, com cinco camadas e doze
golpes do soquete de compactação em cada camada. Ao final da compactação
de cada camada é feita a verificação da altura sendo compensada nas
camadas subseqüentes caso esta esteja maior ou menor.
Com o peso do molde, volume do molde, umidade, peso do molde + solo
úmido compactado são determinados para cada umidade a massa especifica
aparente seca (MEAS) e traça-se a curva de compactação. Foram utilizados
pelo menos cinco pontos para se obter a curva de compactação. A FIG 4.3
103
mostra as curvas para os solos A, B e C puros; no entanto, curvas de
compactação de solos estabilizados podem apresentar diferenças em
comparação com solos puros.
1,40
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
2,00
0 5 10 15 20 25 30
Umidade (%)
MEAS (g/cm3)
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.
104
4.3 PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL
4.3.1 O MODELO DE ANÁLISE PARA A COMPRESSÃO SIMPLES E PARA
O MÓDULO DE RESILIÊNCIA
A resistência à compressão simples (RCS) e o módulo de resiliência serão
analisados do ponto de vista estatístico com a ajuda das técnicas de análise de
variância e planejamento de experimentos.
Buscou-se inicialmente fazer um levantamento dos fatores que poderiam
de alguma forma influenciar na RCS de misturas solo-emulsão, com base em
experiências anteriores, como em LUCENA et al. (1982); GUARÇONI et al.
(1988) e MATTOS et al. (1991), ou em outros trabalhos igualmente importantes
descritos no Anexo A.
O resultado encontrado nesse levantamento foi o seguinte:
• Tipo de solo: A emulsão age de forma diferente em solos granulares
e solos plásticos;
• Tipo de emulsão: Como e o quão rápida será a ruptura que a
emulsão terá no processo de mistura;
• Teor de emulsão: A quantidade de emulsão que se adiciona a uma
mistura é determinante no tipo de ação que o produto terá sobre a
matriz de solo;
• Tempo entre a moldagem e a ruptura: Pode ser um fator importante
levando em consideração a confecção da mistura em usina de solos
e a simulação do transporte até o local de aplicação;
• Tempo entre a compactação e a ruptura: A cura de corpos-de-prova
de solos estabilizados pode ser um fator crucial no ganho de
resistência, a exemplo do que é encontrado no solo-cimento e no
solo-cal;
• Tipo de cura: Pode-se ter uma cura úmida sem variação de
umidade, como no solo-cal, ou uma cura seca, como no solo-
cimento, que pode ainda ser realizada ao ar livre ou em 24 horas na
estufa a 60°C.
O próximo passo foi decidir o número de níveis que iriam ser executados
105
em cada fator, o que é particularmente importante na visualização do
experimento, por exemplo: com cinco níveis em seis fatores, seriam
necessários 15625 ensaios sem réplica; com quatro níveis, seriam 4096.
A saída para viabilizar esse estudo é se executar um experimento
exploratório, onde para cada fator sejam feitos apenas dois níveis, para que em
seguida, sejam detalhados apenas os fatores mais importantes, ou seja,
aqueles que apresentem o valor P menor que a significância adotada na
análise.
Com base em parte dos trabalhos publicados anteriormente e descritos no
Anexo A, foram escolhidos os seguintes fatores para fazer parte do trabalho:
• Tipo de solo;
• Tipo de emulsão;
• Teor de emulsão acrescentado;
• Tempo de cura;
Entretanto, em relação à cura do corpo-de-prova, deveriam ser escolhidos
dois níveis independentes entre si. Além disso, decidiu-se que não seriam
feitos ensaios onde a massa solta ficasse algum tempo “em cura” antes da
compactação, pois a perda de umidade de alguma forma já seria avaliada com
a análise da cura do corpo-de-prova.
Assim, optou-se por trabalhar inicialmente com apenas dois níveis de cada
um dos quatro fatores, caracterizando um experimento 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.
106
Para o módulo de resiliência, em cada um dos 16 experimentos foi
executado apenas um ensaio, sem réplica, perfazendo 16 corridas no total.
MONTGOMERY (1998) adverte que em experimentos como esse, sem réplica,
admite-se a não variabilidade dos valores encontrados, o que não é verdade.
Assim, o universo amostral de cada corrida serão os módulos de resiliência
encontrados no ensaio de cada uma.
Porém para minimizar este fato, conta-se com a metodologia do ensaio,
visto que, para cada uma das 16 corridas, havia de 16 a 18 valores de módulo
encontrados oriundos do ensaio, pois houve valores que não puderam ser
registrados pelo equipamento triaxial dinâmico.
O conjunto de resultados foi colocado no módulo de Planejamento
Experimental do programa STATISTICA 7.0, na opção de planejamento
experimental fatorial, com o nível de significância de 0,05, ou seja, se o valor P
referente à influência de um determinado efeito fosse menor que esse valor,
esse efeito era significativo no processo. Se esse valor P estivesse entre 0,05 e
0,10, seria marginalmente significativo, e teria alguma influência.
Em seguida, foram feitos outros ensaios para se depurar o tipo e o modo
de que cada efeito ou conjunto de efeitos influíam no processo. Foram então
executados os teores de 2 e 6 % de emulsão, seguidos por uma série de
corridas onde a ruptura era executada imediatamente após a compactação do
corpo-de-prova.
4.3.2 O MODELO DE ANÁLISE PARA OS OUTROS ENSAIOS
Os outros ensaios (resistência à tração indireta RT, módulo de resiliência
na tração diametral 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
107
tração indireta) eram postos no módulo de Análise de Variância (ANOVA) do
STATISTICA 7.0.
Os testes que foram executados foram os testes de mínima diferença
significativa (Teste de Fisher), para analisar as comparações entre todos os
pares possíveis de médias de cada série uniforme e o teste-T emparelhado,
para analisar se a adição de emulsão era significante para determinado ensaio
de desgaste.
Muitos desses resultados mais importantes serão mostrados ao longo do
texto desta dissertação, através de tabelas comparativas.
4.4 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES
4.4.1 ENSAIOS DE SOLOS PUROS
Os ensaios de resistência à compressão simples (RCS) foram moldados
em corpos-de-prova Proctor. O objetivo desse procedimento é ter um
parâmetro de comparação que seja útil tanto para avaliação de resistência de
solos puros quanto para solos estabilizados, em comparação aos valores
tradicionalmente utilizados nos estudos de estabilização com outros produtos,
tais como o solo-cimento. Para o ensaio de resistência à compressão simples
foram utilizadas as normas da ABNT NBR 12024 e 12770 e DNER-ME 202/94.
Os solos puros são analisados em separado para se quantificar os efeitos
de ganho de RCS independente de qualquer efeito devido à estabilização com
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. 4.8. Para avaliar os resultados da sucção e da
108
perda de umidade na RCS dos corpos-de-prova do solo puro, foram realizados
ensaios onde a ruptura não se seguiu imediatamente à moldagem dos
mesmos, sendo realizada apenas depois de 7 e de 28 dias após a moldagem
ter sido feita. Os resultados para 7 dias para os três solos, com as umidades de
moldagem estão descritos na TAB 4.9 e para 28 dias, na TAB 4.10.
FIG. 4.4 Padrão de ruptura encontrado nos ensaios de compressão simples
de solos puros
TAB. 4.8 Resultados dos ensaios de RCS – Solos A , B e C puros
Solos (Hmold) RCS1
(KPa)
RCS2
(KPa)
RCS3
(KPa)
MÉDIA
(KPa)
H ótima
(%)
A (11,5 %) 112 91 113 105 12 %
B (19%) 157 185 178 173 20 %
C (15 %) 218 216 217 217 16 %
TAB. 4.9 Resultados dos ensaios de RCS – Solos com cura de 7 dias
Solos (Hmold) RCS1
(KPa)
RCS2
(KPa)
RCS3
(KPa)
MÉDIA
(KPa)
H ruptura
(%)
A (11,3%) 291 391 340 341 3,8 %
B (19,5 %) 672 691 721 695 5,3%
C (15,5%) 1476 * * 1476 7,6 %
109
TAB. 4.10 Resultados dos ensaios de RCS – Solos com cura de 28 dias
Para o solo C com 7 dias de cura foi realizado apenas um ensaio de RCS,
e não foram realizados ensaios com cura de 28 dias.
Comparando-se o efeito da perda de umidade nos solos, nota-se o ganho
de resistência relativo maior dos solos B (699,0 aos 28 dias e 694,67 aos 7 dias
contra 173,18 com ruptura imediata) e C (1476,4 aos 7 dias contra 216,76 com
ruptura imediata) em relação ao solo A (320,9 aos 28 dias e 340,78 aos 7 dias
contra 105,36 com ruptura imediata). Verifica-se que não há ganho significativo
de 7 para 28 dias nos solos A e B, com semelhantes umidades de moldagem.
Foi observado também que os corpos-de-prova com 28 dias de “cura”
embora apresentassem RCS como na TAB 4.10, apresentavam-se frágeis e
incapazes de resistir a impactos fortes, por causa principalmente da baixa
umidade observada.
O efeito da perda de umidade é mais percebido nos solos B e C, pois é
sabido que os efeitos de sucção são mais acentuados em solos finos (os solos
B e C têm 41 % passante na #200) que solos granulares (o solo A tem 30%
passante na # 200).
4.4.2 ENSAIOS DE SOLOS ESTABILIZADOS
4.4.2.1 O EXPERIMENTO EXPLORATÓRIO
Os resultados das 48 corridas estão na TAB 4.11 e 4.12 e foram colocadas
no módulo de Planejamento Experimental do programa STATISTICA 6.0, na
opção de experimento exploratório fatorial, nos moldes da FIG 4.7. A planilha
de resposta do programa de análise estatística encontra-se na TAB 4.13.
Embora o objetivo seja apenas a indicação de quais fatores sejam mais ou
Solos (Hmold) RCS1
(KPa)
RCS2
(KPa)
RCS3
(KPa)
MÉDIA
(KPa)
H ruptura
(%)
A (11 %) 371 331 260 321 1,3 %
B (19,8 %) 668 695 724 699 3,7 %
110
menos significativos, foi escolhida a opção de se considerar também a
influência conjunta de dois ou mais fatores. No âmbito desta dissertação
valores em vermelho mostram fatores com significância estatística; valores em
azul apresentam fatores marginalmente significativos e valores em preto
correspondem valores sem significância estatística.
TAB. 4.11 Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com os solos do estudo
CORRIDA SOLO EMULSÃO
TEOR
(%)
CURA
(DIAS) RCS (K Pa)
1
B RL 8 7
628
2
B RL 8 7
593
3
B RL 8 7 544
4
B RL 4 7
586
5
B RL 4 7 629
6
B RL 4 7 603
7
B RL 8 28
1061
8
B RL 8 28
902
9
B RL 8 28 891
10
B RL 4 28
903
11
B RL 4 28 1058
12
B RL 4 28 942
13
B RM 8 7
929
14
B RM 8 7 809
15
B RM 8 7 705
16
B RM 4 7
422
17
B RM 4 7 609
18
B RM 4 7 680
19
B RM 8 28
672
20
B RM 8 28 836
21
B RM 8 28 898
22
B RM 4 28 847
23
B RM 4 28 925
24
B RM 4 28 869
25
A RL 8 7
491
26
A RL 8 7
439
27
A RL 8 7 509
28
A RL 4 7
376
29
A RL 4 7 392
30
A RL 4 7 479
31
A RL 8 28
665
32
A RL 8 28 663
33
A RL 8 28 769
111
TAB. 4.12 Parte dos resultados dos ensaios de RCS, com os solos do estudo
CORRIDA SOLO EMULSÃO
TEOR
(%)
CURA
(DIAS) RCS (K Pa)
34
A RL 4 28
897
35
A RL 4 28 929
36
A RL 4 28 899
37 A RM 8 7 444
38 A RM 8 7 426
39 A RM 8 7 405
40 A RM 4 7 648
41 A RM 4 7 649
42 A RM 4 7 627
43 A RM 8 28 740
44 A RM 8 28 733
45 A RM 8 28 739
46 A RM 4 28 741
47 A RM 4 28 756
48 A RM 4 28 769
TAB. 4.13 Planilha de resultados do experimento exploratório
SQ GL MQ F P
(1)Tipo de solo 234808 1 234807,9 51,8148 0,000000
(2)Tipo de emulsão 19 1 18,8 0,0041 0,949063
(3)Teor de emulsão 11571 1 11571,1 2,5534 0,119888
(4)Tempo de cura 875730 1 875730,0 193,2462 0,000000
1 COM 2 2005 1 2005,3 0,4425 0,510680
1 COM 3 49233 1 49232,6 10,8641 0,002404
1 COM 4 2530 1 2530,2 0,5583 0,460387
2 COM 3 2219 1 2219,5 0,4898 0,489089
2 COM 4 95290 1 95289,9 21,0275 0,000066
3 COM 4 29471 1 29470,7 6,5033 0,015756
1 COM 2 E 3 15736 1 15735,9 3,4724 0,071599
1 COM 2 E 4 3761 1 3760,8 0,8299 0,369114
1 COM 3 E 4 11310 1 11309,9 2,4957 0,123990
2 COM 3 E 4 4135 1 4135,0 0,9125 0,346622
Falta de ajustamento 118824 1 118824,4 26,2208 0,000014
Erro total 145014 32 4531,7
SQ total 1601656 47
Onde:
X COM Y (COM Z) – Interação do efeito X com o efeito Y (e com Z), com
X,Y e Z são efeitos primários da TAB 4.7;
SQ – Soma quadrática dos efeitos;
GL – Graus de liberdade;
112
MQ = Média quadrática;
F = Valor encontrado da distribuição F para o efeito;
P = Valor P encontrado.
MONTGOMERY e RUNGER(1997) definem como o menor nível α onde os
dados de cada fator sejam significantes.
Verifica-se que apenas o tipo de solo e o tempo de cura, como variáveis
primárias, alcançaram significância estatística.
O tipo de solo teve um valor P da ordem de 10
-7
, o que prova que a
emulsão influiu de modo diferente nos dois solos analisados. Por sua vez, o
tempo de cura também apresentou um valor P dessa ordem, provando que a
cura ao ar livre é preponderante para o ganho de RCS nos corpos-de-prova.
O tipo de emulsão foi o menos significativo dos quatro fatores primários.
Entretanto, suas interações com os outros três fatores mostram que mantém
certa importância no processo de ganho de RCS.
O teor de emulsão apresentou um valor P de 0,11, não se apresentando
significante individualmente mas com interações de segunda ordem com o tipo
e o teor de emulsão que apresentaram valor P respectivamente de 0,00086 e
0,015, reforçando sua participação indireta na RCS.
Com essas conclusões, é necessário que se detalhe cada um desses
fatores primários, pois dois não possuem significância, mas influem em
interações de segunda ordem. Escolheu-se então ampliar a análise, e o plano
experimental se tornou o indicado na TAB 4.14.
TAB. 4.14 Plano experimental do detalhamento
Tipo de solo (1) Solo A (-1) Solo B (1)
Tipo de emulsão (2) RL-1C (-1) RM-1C (1)
Teor de emulsão do peso seco
de solo (3)
2 % 4 % (-1) 6 % 8 % (1)
Tempo de cura ao ar livre (4) 7 dias (-1) 28 dias (1) 0 dias
O tempo de cura de 0 dias refere-se à ruptura imediata logo após a
compactação, sem tempo para que exista a cura da mistura, e foi executado
apenas para a emulsão RM, haja vista que este fator não foi significante na
análise estatística.
113
O fato de se admitir um tempo de cura ao ar livre de 28 dias como um nível
do planejamento está no potencial de utilização do solo-emulsão como uma
camada de revestimento primário, portanto eventualmente exposta à condição
de perda de umidade severa.
4.4.2.2 DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO A
As umidades de moldagem dos corpos-de-prova se encontram na TAB
4.15, na qual se repetem as umidades do solo puro para comparação, já
expostos nas TAB 4.8, 4.9 e 4.10.
TAB. 4.15 Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova do solo A
RL RM SOLO A
g
s
(kg/cm
3
)
0 DIAS
7 DIAS 28 DIAS 7 DIAS 28 DIAS
0%
1,91
11,5% 3,8 % 1,3 %
* *
2%
1,91
11,0% 4,67% 2,16%
4,67% 1,24%
4%
1,90
10,7% 4,31% 2,53%
4,45% 2,23%
6%
1,86
11,0% 4,05% 2,40%
4,23% 2,64%
8%
1,83
11,6% 4,34% 2,66%
4,08% 2,87%
Com base na TAB 4.15, verifica-se que as umidades residuais das
amostras estabilizadas são maiores que dos solos puros, graças à presença do
CAP residual. Embora a percentagem de CAP seja maior na emulsão RM-1C,
não foi percebida uma maior impermeabilização dos corpos-de-prova em
relação a seus similares estabilizados com emulsão RL-1C.
Os resultados estão agrupados nas FIG 4.5 e 4.6, onde cada uma se refere
a um tipo de mistura: Solo A + Emulsão RL, Solo A + Emulsão RM, nas duas
idades de cura dos corpos-de-prova – 7 e 28 dias.
114
RCS Solo A +RL
131
114
97
74
591
415
436
480
867
908
664
699
105
341
321
0
500
1000
0246810
% Emulsão
RCS (KPa)
A + RL (0 dias) A + RL (7 dias) A + RL (28 dias)
FIG. 4.5 Resultados dos ensaios de RCS Solo A + RL
RCS Solo A +RM
105
131
114
97
74
609
552
425
756
686
737
341
642
519
321
0
500
1000
0246810
% Emulsão
RCS (KPa)
A + RM (0 dias) A + RM (7 dias) A + RM (28 dias)
FIG. 4.6 Resultado dos ensaios de RCS Solo A + RM
Os gráficos das médias das RCS do Solo A mostram que esse tipo de solo
tem resistência máxima em teores baixos de emulsão: sem cura, com 2%, e
com cura 4%. Esses resultados são condizentes com a maioria dos trabalhos
semelhantes executados em misturas de solos granulares com emulsão, como
115
em LUCENA et al. (1982) ou em CARVALHO et al. (1992).
O solo A com 2% de RM aos 28 dias apresentou um problema de
moldagem fazendo que a RCS fosse menor que sua similar com 7 dias.
Comparando-se as RCS das misturas com cura de 7 dias e as misturas
sem cura, nota-se que a cura ao ar livre de corpos-de-prova estabilizados tem
importância no ganho de resistência, a se julgar pelos resultados: com 2% de
emulsão RL-1C a RCS é cerca de 340% maior que o resultado similar sem
cura (aumento de 130 para 590 KPa). Com cura de 28 dias, esse ganho é
maior (aumento de 130 KPa para 867 KPa).
Foi incluída no gráfico a resistência de solo puro com 7 e 28 dias, sem
mistura com emulsão. Nota-se que o ganho descrito não é todo devido à ação
da emulsão. Apenas com a ação da perda de umidade no solo puro há um
aumento de 105 para 340 KPa na RCS, o que sugere uma forte participação da
sucção no processo de ganho de resistência. Ressalte-se que os corpos-de-
prova com 28 dias de cura se apresentaram menos frágeis que seus similares
não estabilizados, o que mostra a ação da emulsão no corpo-de-prova.
Foram realizados testes de mínima diferença significativa (MDS) entre as
misturas sem emulsão e as misturas com taxas de 2, 4, 6 e 8% de emulsões
RL e RM com cura de 7 e 28 dias. As TAB 4.16 a 4.19 apresentam essas
planilhas, onde em vermelho estão indicadas as comparações significativas e
em azul as comparações marginalmente significativas.
TAB. 4.16 Resultados da análise estatística - Solo A + RL-1C – Cura de 7 dias
SOLO A + RL-1C - 7 DIAS DE CURA
TEOR 0 2 4 6 8
0
0,000059 0,076698 0,029989 0,004255
2
0,000059 0,000915 0,002175 0,014786
4
0,076698 0,000915 0,591615 0,118948
6
0,029989 0,002175 0,591615 0,276464
8
0,004255 0,014786 0,118948 0,276464
TAB. 4.17 Resultados da análise estatística - Solo A + RL-1C – Cura de 28 dias
SOLO A + RL-1C - 28 DIAS DE CURA
TEOR 0 2 4 6 8
0
0,000000 0,000000 0,000009 0,000004
2
0,000000 0,313471 0,000414 0,001591
4
0,000000 0,313471 0,000096 0,000324
6
0,000009 0,000414 0,000096 0,394515
8
0,000004 0,001591 0,000324 0,394515
116
TAB. 4.18 Resultados da análise estatística - Solo A + RM-1C – Cura de 7 dias
SOLO A + RM-1C - 7 DIAS DE CURA
TEOR 0 2 4 6 8
0
0,000002 0,000001 0,000015 0,011203
2
0,000002 0,258315 0,060134 0,000046
4
0,000001 0,258315 0,007780 0,000012
6
0,000015 0,060134 0,007780 0,000837
8
0,011203 0,000046 0,000012 0,000837
TAB.
4.19 Resultados da análise estatística - Solo A + RM-1C –Cura de 28 dias
SOLO A + RM-1C - 28 DIAS DE CURA
TEOR 0 2 4 6 8
0
0,000025 0,000000 0,000000 0,000000
2
0,000025 0,000002 0,000043 0,000004
4
0,000000 0,000002 0,016586 0,463629
6
0,000000 0,000043 0,016586 0,060952
8
0,000000 0,000004 0,463629 0,060952
Em todos os testes realizados, há diferença significativa entre as misturas
sem emulsão (teor 0%) e as misturas com taxas de 2, 4, 6 e 8%, tanto para
emulsões RL como RM. Também foi verificado que a resistência de misturas
com 2% de emulsão apresenta diferença significativa com todos os outros
teores adicionados, com exceção de dois casos: a mistura com 4% RM com 7
dias de cura e a mistura de 2% RL com 28 dias de cura.
O significado prático desses dados é que, para este solo granular, o
acréscimo de 2% de emulsão é suficiente para se obter uma dosagem e
desempenho ótimos. Para esse teor, a emulsão age como um aglutinante,
melhorando e aumentando a RCS do solo, acrescentando-lhe coesão.
O teor de 8% de emulsão, embora apresente significância estatística em
relação ao solo puro, mostra ser uma dosagem antieconômica, o que ocorre
pelo fato de a emulsão estar agindo como um lubrificante entre os grãos,
diminuindo o atrito entre eles e por conseqüência a RCS do corpo-de-prova.
Comparando os resultados dos ensaios de RCS de misturas do solo A com
os dois tipos de emulsões lado a lado, e variando apenas o tempo de cura,
tem-se os resultados descritos nas FIG 4.7 a 4.10.
117
Comparação A+ 2 %
519
867
609
131
591
0
500
1000
0 5 10 15 20 25 30
Dias de cura
RCS (KPa)
RM RL
FIG. 4.7 Comparação RL versus RM – RCS Solo A + 2 %
Comparação A +4 %
756
114
415
642
908
0
500
1000
0 5 10 15 20 25 30
Dias de cura
RCS (KPa)
RM RL
FIG. 4.8 Comparação RL versus RM – RCS Solo A + 4 %
118
Comparação A + 6%
552
686
436
664
97
0
500
1000
0 5 10 15 20 25 30
Dias de cura
RCS (KPa)
RM RL
FIG. 4.9 Comparação RL versus RM – RCS Solo A + 6 %
Comparação A +8%
74
737
425
480
699
0
500
1000
0 5 10 15 20 25 30
Dias de cura
RCS (KPa)
RM RL
FIG. 4.10 Comparação RL versus RM – RCS Solo A + 8 %
Fazendo uma análise das quatro comparações, observa-se que com 28
dias de cura as misturas RL possuem uma resistência maior que as misturas
RM com os teores de 2 e 4 %. Com os teores de 6 % e de 8 % a diferença
entre elas passa a ser desprezível.
Em relação aos ensaios com 7 dias de cura, em dois deles as misturas RM
119
possuem uma RCS maior que as misturas RL. Entretanto, observa-se
graficamente que grande parte da resistência das misturas RM é ganha nos
primeiros sete dias de cura, enquanto nas misturas RL esse ganho é mais lento
ao longo dos 28 dias de cura.
Isso pode ser explicado pela velocidade da ruptura de cada emulsão. As
misturas RM tendem a ter uma velocidade de ruptura e de reação maior que as
misturas RL, fazendo com que ganhem resistência mais rapidamente.
Foi visto também a maior facilidade de execução da mistura com a
emulsão RL, em comparação com a emulsão RM, onde muitas vezes a ruptura
acontecia antes mesmo de a mistura estar completa.
Pela TAB 4.15, a umidade residual dos corpos-de-prova é diretamente
proporcional à quantidade de emulsão, mostrando o efeito impermeabilizante
da emulsão na mistura. Os corpos-de-prova estabilizados apresentaram menor
fragilidade que os corpos-de-prova de solos puros secos ao ar, devido ao poder
aglutinante que a emulsão confere ao solo.
Com os resultados obtidos, tentou-se separar a parcela da RCS, devida ao
estabilizante da parcela devida à perda de umidade do solo, para que fosse
possível avaliar com maior clareza a influência isolada da emulsão no processo
de ganho de resistência. À semelhança do que ocorre com o solo-cimento e
com o solo-cal, procurou-se fazer uma moldagem semelhante à já realizada,
desta vez com cura em câmara úmida.
Os corpos-de-prova foram colocados em câmara úmida envolvidos por um
filme de PVC, para evitar que a umidade no interior da câmara contaminasse o
corpo-de-prova. Foram ensaiadas misturas RL com 2 e 4 %, e rompidos após
7 dias. Os resultados estão na TAB 4.20.
TAB. 4.20 Solo A + RL-1C – Cura úmida de 7 dias
Teor (%) RCS (K Pa) H mold(%)
0 108 11,3%
2 89 11,6%
4 94 10,8%
Foi feita uma comparação, na FIG 4.11, entre as RCS dos corpos-de-prova
com ruptura imediata e com cura ao ar livre, compactados na umidade ótima, e
os dados referentes à TAB 4.20, nas umidades de moldagem.
120
341
591
415
114
105
131
89
94
108
0
100
200
300
400
500
600
700
012345
% Emulsão
RCS (KPa)
RUPTURA IMEDIATA CURA ÚMIDA CURA SECA
FIG. 4.11 Comparação Ruptura imediata versus Cura úmida – RCS Solo A
Para os dois teores de emulsão (2 e 4%), verifica-se que as misturas com
cura úmida apresentaram RCS menores que as misturas com cura seca e
ligeiramente menores que as emulsões rompidas logo após compactação.
Neste caso, a cura úmida pode prejudicar a resistência da mistura com o
tempo. A análise de variância para 2 % teve um valor P de 0,055 e para 4 %
obteve-se um valor P de 0,10, acima do α de 0,05 desejado para o teste, ou
seja, são marginalmente significativos.
4.4.2.3 DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO B
Os resultados da mistura do Solo B com cura seca estão agrupados nas
FIG 4.12 e 4.13, onde cada uma se refere a um tipo de mistura: Solo B +
Emulsão RL, Solo B + Emulsão RM, nas duas idades de cura dos corpos-de-
prova – 7 e 28 dias.
As umidades de moldagem se encontram na TAB 4.21. Com base na TAB
4.21, verifica-se que as umidades residuais das amostras estabilizadas são
maiores que dos solos puros.
Embora a percentagem de CAP seja maior com RM-1C, não foi percebida
121
uma maior impermeabilização dos corpos-de-prova em relação aos
estabilizados com RL-1C.
TAB. 4.21 Umidades residuais de ruptura dos corpos-de-prova, para o Solo B
RL RM
SOLO B
g
s
(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
173
170
167
150
131
695
666
606
602
592
745
968
974
952
699
0
400
800
1200
0123456789
% Emulsão
RCS (KPa)
B + RL (0 dias) B + RL (7 dias) B + RL (28 dias)
FIG. 4.12 Resultado dos ensaios de RCS Solo B + RL
122
RCS Solo B+RM
173
170
167
150
131
695
706
570
577
729
700
880
899
888
699
0
400
800
1200
0246810
% Emulsão
RCS (KPa)
B + RM (0 dias) B + RM (7 dias) B + RM (28 dias)
FIG. 4.13 Resultado dos ensaios de RCS Solo B + RM
Os gráficos representativos das médias das RCS do Solo B mostram que
esse tipo de solo tem um comportamento que não é caracterizado pela
presença de um teor que leve a uma RCS máxima. Analisando as misturas
sem cura, observa-se uma diferença de apenas 25% entre a máxima
resistência (com 2%) e a mínima (com 8%), não tendo significância estatística.
Comparando-se as RCS das misturas do solo B, com cura de 7 dias e as
misturas sem cura, nota-se que a cura não possui uma participação tão
importante como no solo A. Sem acrescentar emulsão, a RCS foi maior que
qualquer outra adição de emulsão ao solo B. Nas misturas com cura de 28
dias, as resistências de misturas com 4, 6 e 8 % são maiores que os resultados
com solo puro.
Estes resultados mostram que a perda de umidade responde por uma
grande parte do ganho de resistência das misturas, se não toda. Os resultados
obtidos com as misturas com idade de 28 dias, onde a RCS foi maior, mostram
que pode ser necessário um tempo maior de cura para que ela aconteça.
Foram realizados testes de mínima diferença significativa entre as misturas
sem emulsão e as misturas com taxas de 2, 4, 6 e 8%, tanto para emulsões RL
como RM, como para cura de 7 e 28 dias. As TAB 4.22 a 4.25 apresentam
123
exemplos dessas planilhas, onde em vermelho estão indicadas as
comparações significativas e em azul as comparações marginalmente
significativas.
TAB. 4.22 Resultados da análise estatística - Solo B + RL-1C – Cura de 7 dias
SOLO B + RL-1C - 7 DIAS DE CURA
TEOR 0 2 4 6 8
0 0,192417 0,001534 0,001109 0,000544
2 0,192417 0,015472 0,010838 0,004896
4 0,001534 0,015472 0,839074 0,511566
6 0,001109 0,010838 0,839074 0,646934
8 0,000544 0,004896 0,511566 0,646934
TAB. 4.23 Resultados da análise estatística - Solo B + RL-1C –Cura de 28 dias
SOLO B + RL-1C - 28 DIAS DE CURA
TEOR 0 2 4 6 8
0 0,474945 0,002470 0,002145 0,003631
2 0,474945 0,008435 0,007274 0,012618
4 0,002470 0,008435 0,931795 0,817500
6 0,002145 0,007274 0,931795 0,752107
8 0,003631 0,012618 0,817500 0,752107
TAB. 4.24 Resultados da análise estatística - Solo B + RM-1C –Cura de 7 dias
SOLO B + RM-1C - 7 DIAS DE CURA
TEOR 0 2 4 6 8
0 0,874523 0,137109 0,118072 0,130856
2 0,874523 0,105722 0,090719 0,168719
4 0,137109 0,105722 0,927235 0,008546
6 0,118072 0,090719 0,927235 0,007296
8 0,130856 0,168719 0,008546 0,007296
TAB.
4.25 Resultados da análise estatística - Solo B + RM-1C –Cura de 28 dias
SOLO B + RM-1C - 28 DIAS DE CURA
TEOR 0 2 4 6 8
0 0,980071 0,007108 0,004036 0,084673
2 0,980071 0,007421 0,004211 0,088326
4 0,007108 0,007421 0,741199 0,175690
6 0,004036 0,004211 0,741199 0,102561
8 0,084673 0,088326 0,175690 0,102561
124
Com os testes realizados, verifica-se que, com exceção da mistura do solo
B com RM e 7 dias de cura, todas as outras condições apresentaram uma
diferença significativa entre os teores de 0 e os teores de 4, 6 e 8%. A
diferença é que, no caso das misturas com 28 dias, os teores de 4,6 e 8%
possuem RCS maior que a do solo puro, o que não ocorre com a mistura RL
aos 7 dias, que apresenta uma RCS menor que o solo puro. Talvez este
resultado mereça uma confirmação com a repetição do teste nestas condições
o que não foi possível nesta pesquisa.
Verifica-se também que o teor de 2% não influi significantemente na RCS
da misturas com o solo B. Além disso, o teor de 4% apresenta-se
economicamente vantajoso, pois a não existência de significância entre esse
teor e os de 6 e 8 % possibilita que se obtenha uma RCS semelhante com bem
menos adição de emulsão.
Enfim, para este solo plástico, é necessária uma adição maior de emulsão
para que se obtenha melhoria em sua RCS, em comparação com o solo
granular. Deve-se ter atenção à aplicabilidade desse tipo de estabilização a um
solo plástico, especialmente porque o solo puro apresentou uma resistência
maior que a mistura com 7 dias, o que mostra que grande parte de sua RCS é
devido à ação da sucção.
Para as misturas com o solo B foi percebida uma maior impermeabilização
do corpo-de-prova, em comparação com as misturas com o solo A. De acordo
com as TAB 4.15 e TAB 4.21, o solo A com 8% RL-1C foi moldado com 11,6%
e apresentou uma umidade residual a 7 dias de 4,3 %. Com o solo B,
entretanto, a mistura com 8% RL-1C foi moldada a 19,8 % e foi rompida com
16,6 %. A adição da emulsão teve uma maior ação impermeabilizante no solo
B, em comparação com o solo A.
Os corpos-de-prova de solo-emulsão com o solo B, a exemplo do solo A,
apresentaram-se mais estáveis que os corpos-de-prova puros sem emulsão,
com a cura de 28 dias. Faz-se agora uma comparação entre a adição dos dois
tipos de emulsões ao solo B, enfatizando seu desempenho com o tempo, de
acordo com as FIG 4.14 a 4.17.
125
Comparação B + 2 %
700
706
745
666
173
0
500
1000
0 5 10 15 20 25 30
Dias de cura
RCS (KPa)
RM RL
FIG.
4.14 Comparação RL versus RM – RCS Solo B + 2 %
Comparação B + 4 %
167167
880
570
543
968
0
400
800
1200
0 5 10 15 20 25 30
Dias de cura
RCS (KPa)
RM RL
FIG. 4.15 Comparação RL versus RM – RCS Solo B + 4 %
126
Comparação B + 6 %
150150
899
577
974
550
0
400
800
1200
0 5 10 15 20 25 30
Dias de cura
RCS (KPa)
RM RL
FIG. 4.16 Comparação RL versus RM – RCS Solo B + 6 %
Comparação B + 8 %
131131
952
814
802
588
0
400
800
1200
0 5 10 15 20 25 30
Dias de cura
RCS (KPa)
RM RL
FIG. 4.17 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.
127
Verificou-se claramente uma dificuldade de homogeneização das emulsões
com o Solo B. Por se tratar de um solo plástico, a plasticidade acrescentada à
mistura pela emulsão dificulta a trabalhabilidade da mistura, podendo ter
influído inclusive na eficiência da operação de moldagem.
O aumento da RCS das misturas com o Solo B também tem influência da
maior sucção presente no solo com 7 dias de cura. A sucção é mais sentida em
solos plásticos que em solos granulares, numa mesma idade de ruptura. Para
testar este efeito, à semelhança do que foi feito com o Solo A, foram ensaiadas
misturas RL com 2 e 4 % com o Solo B, e rompidos após 7 dias de cura úmida.
Os resultados estão na TAB 4.26.
Foi feita uma comparação, na FIG 4.18, entre as RCS dos corpos-de-prova
com ruptura imediata e com cura ao ar livre, compactados na umidade ótima, e
os dados referentes à TAB 4.26, nas umidades de moldagem. Para os dois
teores de emulsão, verifica-se que as misturas com cura úmida apresentaram
RCS menor que as misturas com ruptura imediata. Neste caso, a cura úmida
pode prejudicar a resistência da mistura com o tempo.
170
167
134
108
173
159
606
666
695
0
100
200
300
400
500
600
700
800
012345
% Emulsão
RCS (KPa)
RUPTURA IMEDIATA CURA ÚMIDA CURA SECA
FIG.
4.18 Comparação Ruptura imediata versus Cura úmida – RCS Solo B
128
TAB. 4.26 Solo B + RL-1C – Cura úmida de 7 dias
Teor (%) RCS (K Pa) H mold(%)
0 159 20,2 %
2 134 19,1%
4 108 18,7%
4.4.2.4 RCS DO SOLO C:
Foram ainda ensaiadas as misturas do Solo C com emulsão RL, como
mostrado na FIG 4.19, com as umidades indicadas na TAB 4.27:
RCS Solo C + RL
1205
1035
831
945
217
1476
0
500
1000
1500
2000
0123456789
% Emulsão
RCS (KPa)
C + RL C PURO
FIG. 4.19 Resultados de RCS do Solo C + RL
TAB. 4.27 Solo C + RL-1C – Cura seca de 7 dias
SOLO C UMIDADE DE RUPTURA
0
7,61%
2
8,26%
4
8,55%
6
8,69%
8
10,9%
129
São mostrados também os testes de mínima diferença significativa feitos
para o Solo C na TAB 4.28, onde é visto que existe significância estatística
entre os teores de 4, 6 e 8% para a piora da RCS.
TAB. 4.28 Análise estatística para Solo C + RL-1C – Cura de 7 dias
SOLO C + RL-1C - 7 DIAS DE CURA
TEOR 0 2 4 6 8
0
0,111084 0,019468 0,002782 0,007989
2
0,111084 0,150875 0,008269 0,041346
4
0,019468 0,150875 0,094570 0,425590
6
0,002782 0,008269 0,094570 0,321637
8
0,007989 0,041346 0,425590 0,321637
Pode-se ver nas TAB 4.27 e 4.28 uma perda de RCS com acréscimo de
emulsão em comparação com o solo puro com cura de sete dias. A umidade
residual com 7 dias de cura aumenta de acordo com o maior acréscimo da
emulsão ao corpo-de-prova.
4.4.2.5 COMPARAÇÃO COM TRABALHOS ANTERIORES
Nos artigos de outros autores, apresentados e relatados no Capítulo 2 e
expostos no Anexo A, verifica-se que a resistência à compressão simples foi o
principal parâmetro de comparação utilizado nas pesquisas. Os resultados
obtidos para esse ensaio dividem-se em dois padrões principais: o padrão de
solos granulares e o padrão de solos plásticos.
Solos granulares apresentam um comportamento onde existe um teor
ótimo que leva a uma RCS máxima, em ensaios com cura seca. Geralmente
esse teor é de 1 a 4 % como encontrado em LUCENA et al. (1982), BUENO et
al. (1991) e MOMM (1983). Ensaios com solos plásticos estabilizados,
entretanto, não mostram um teor ótimo de emulsão que leve à RCS máxima.
O ganho de RCS observado nestes solos é semelhante ao observado
nesta pesquisa, com a mesma ordem de grandeza. Porém, nenhum destes
estudos mostrou a umidade residual dos corpos-de-prova após a cura.
Para solos granulares percebe-se nestes estudos e no presente trabalho
uma eficiência da RCS no que se refere à dosagem da mistura. Trata-se de um
130
parâmetro onde os testes estatísticos executados apontaram diferenças
significativas entre os quatro teores estudados. Portanto, este ensaio pode se
tornar uma sugestão de parâmetro de dosagem de solo-emulsão no futuro.
4.5 RESISTÊNCIA À TRAÇAO INDIRETA DOS SOLOS DESTE ESTUDO
4.5.1 ENSAIOS DE SOLOS PUROS
A resistência à tração indireta (RTI) não é característica medida
normalmente nos solos puros, pois em geral é muito baixa, sendo seu aumento
um dos objetivos da estabilização. O ensaio foi realizado com o objetivo de
comparação com aqueles que serão feitos com solos estabilizados.
A moldagem foi executada de acordo com o item 3.4.2. Os resultados dos
corpos-de-prova, com as umidades constantes das TAB 4.15 e TAB 4.21, são
apresentados de acordo com a TAB 4.29.
TAB. 4.29 Resultados dos ensaios de RTI – Solos A e B puros e com 7
dias de secagem ao ar
RTI (KPa) RTI 7 dias (KPa)
SOLO A 2 27
SOLO B 15 91
Verifica-se que o Solo A apresenta resistência à tração de apenas 2 KPa e
o Solo B, de 15 KPa. A ordem de grandeza dessa RTI faz com que esses solos
não sejam recomendados como revestimento primário de estradas de baixo
volume de tráfego sem algum processo de estabilização.
Com 7 dias de secagem ao ar, as RTI de ambos os solos aumentam, com
influência principalmente da perda da umidade decorrente da secagem.
4.5.2 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
131
homogenização e de seu uso mais consagrado em campo. O tempo de cura
dos corpos-de-prova foi de 7 dias ao ar livre.
As misturas foram executadas de acordo com o item 3.3 e o ensaio foi
executado de acordo com o procedimento adaptado descrito no item 3.4.2.
Os resultados para o Solo A estão na FIG 4.20, e para o Solo B estão na
FIG 4.21, e os testes de MDS estão, respectivamente, na TAB 4.30 e 4.31.
RTI Solo A
35,39
36,43
32,49
32,70
2,39
26,47
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0123456789
% Emulsão
RTI (KPa)
A + RL (7 dias) A PURO
FIG.
4.20 Resultados de RTI do Solo A + RL
TAB. 4.30 Análise estatística para Solo A + RL-1C – Cura de 7 dias
SOLO A + RL-1C - 7 DIAS DE CURA
TEOR 0 2 4 6 8
0
0,002165 0,001024 0,020085 0,016934
2
0,002165 0,643318 0,212149 0,245635
4
0,001024 0,643318 0,100355 0,117901
6
0,020085 0,212149 0,100355 0,922733
8
0,016934 0,245635 0,117901 0,922733
132
RTI Solo B
91,22
89,92
74,21
82,45
14,96
90,48
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0123456789
% Emulsão
RTI (KPa)
B + RL (7 dias) B PURO
FIG. 4.21 Resultados de RTI do Solo B + RL
TAB. 4.31 Análise estatística para Solo B + RL-1C – Cura de 7 dias
SOLO B + RL-1C - 7 DIAS DE CURA
TEOR 0 2 4 6 8
0
0,999942 0,999980 0,123005 0,678233
2
0,999942 0,999451 0,102228 0,609007
4
0,999980 0,999451 0,141484 0,729986
6
0,123005 0,102228 0,141484 0,657951
8
0,678233 0,609007 0,729986 0,657951
Como na resistência à compressão simples, apenas o solo A apresentou
uma melhora em relação à sua RTI, ao contrário do solo B, que não apresentou
o mesmo desempenho. Com base em testes estatísticos realizados, há
significância entre a RTI do solo puro e dos solos estabilizados somente no
Solo A, não havendo significância entre uma maior ou menor adição de
emulsão, como visto na TAB 4.30. No solo B, não existe diferença significativa
entre solo puro e nenhum teor de solo estabilizado, como visto na TAB 4.31.
133
4.6 MÓDULO DE RESILIÊNCIA DOS SOLOS DESTE ESTUDO
4.6.1 METODOLOGIA DE ENSAIO
Os ensaios triaxiais dinâmicos foram realizados no Laboratório de Solos do
IME, com o objetivo de conhecer melhor os solos a serem estudados com
relação à sua deformabilidade. Os corpos-de-prova utilizados foram os de 10
cm de diâmetro e 20 cm de altura, compactados em molde tripartido com o
auxílio do compactador mecânico do Laboratório do IME.
Primeiramente a água era misturada ao solo, até levá-lo à umidade ótima.
O solo assim misturado era guardado em um saco e posto em câmara úmida
por 24 horas. Em seguida, era compactado mecanicamente em cinco camadas
com aplicações de 16 golpes em cada uma, na energia Proctor normal.
Ao fim da compactação, o corpo-de-prova era desformado, e colocado
dentro do aparelho, onde era ensaiado através de três ciclos de
condicionamento com 500 golpes cada um e dezoito estados de tensões
diferentes conforme TAB 2.3 e 2.5. Com os módulos assim calculados eram
gerados três modelos em escala bilogarítmica, através de uma regressão
simples: uma relacionando módulo e tensão desvio, outra relacionando módulo
e tensão confinante e uma relacionando módulo e o invariante de tensões.
Os solos foram ensaiados, e foram gerados os modelos baseados na
tensão confinante e na tensão desvio. Da mesma forma como no ensaio de
resistência à compressão simples, foi também realizada uma comparação com
outros dois corpos-de-prova moldados de maneira similar, com a diferença que
um deles foi ensaiado 7 dias após a moldagem, e outro com 28 dias de
moldado, no intuito de se avaliar o efeito da sucção nos solos analisados.
4.6.2 MODELOS DE TENSÃO-DEFORMAÇÃO:
Os modelos de comportamento tensão-deformação clássicos encontrados
para o solo A estão nas FIG 4.22 a 4.24, para o solo B estão nas FIG 4.25 a
4.27 e para o solo C estão nas FIG 4.28 a 4.30. Para todos os modelos, as
umidades de moldagem e de ensaio foram as mostradas nas TAB 4.8 a 4.10.
134
Ensaio 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
= 0,1121
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias
FIG. 4.22 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ
3
– Solo A
puro.
Ensaio imediato
y = 222,22x
0,0034
R
2
= 0,0003
Ensaio com 28 dias
y = 436,81x
-0,0138
R
2
= 0,0061
Ensaio com 7 dias
y = 307,68x
-0,1582
R
2
= 0,2914
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (MPa)
Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias
FIG. 4.23 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ
d
– Solo A
puro.
135
Ensaio imediato
y = 242,13x
0,074
R
2
= 0,1037
Ensaio com 7 dias
y = 368,17x
-0,1412
R
2
= 0,164
Ensaio com 28 dias
y = 471,77x
0,0363
R
2
= 0,03
1
10
100
1000
0,1 1
θ
(MPa)
MR (MPa)
Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias
FIG. 4.24 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo A puro
Ensaio 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
= 0,0319
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias
FIG. 4.25 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ
3
– Solo B
puro.
136
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
= 0,0995
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (MPa)
Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias
FIG. 4.26 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ
d
– Solo B
puro.
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
= 0,0006
1
10
100
1000
0,1 1
θ(MPa)
MR (MPa)
Ensaio imediato Ensaio com 7 dias Ensaio com 28 dias
FIG. 4.27 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo B puro
137
Ensaio imediato
y = 60,113x
-0,5018
R
2
= 0,5245
Ensaio com 7 dias
y = 753,88x
0,1859
R
2
= 0,3558
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
Ensaio imediato Ensaio com 7 dias
FIG. 4.28 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ
3
– Solo C
puro.
Ensaio imediato
y = 74,765x
-0,5379
R
2
= 0,9136
Ensaio com 7 dias
y = 510,44x
0,0672
R
2
= 0,0656
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (MPa)
Ensaio imediato Ensaio com 7 dias
FIG. 4.29 Resultados dos ensaios triaxiais cíclicos - MR versus σ
d
– Solo C
puro.
138
Ensaio imediato
y = 121,94x
-0,5758
R
2
= 0,7398
Ensaio com 7 dias
y = 535,94x
0,1521
R
2
= 0,2406
1
10
100
1000
0,1 1
θ
(MPa)
MR (MPa)
Ensaio imediato Ensaio com 7 dias
FIG. 4.30 Resultados dos ensaios triaxiais - MR versus θ – Solo C puro.
As expressões para os modelos compostos estão nas TAB 4.32 a 4.34,
enquanto as representações do modelo composto estão nas FIG 4.31 a 4.36.
O solo A é considerado pela classificação TRB como granular e por isso
tende a ser melhor representado pelo modelo em função da 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 4.23. 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
139
mesma energia de compactação.
Os ensaios com idade de 7 e 28 dias tiveram módulos maiores que os
ensaios imediatos, pelo efeito da sucção e pela baixa umidade dos corpos-de-
prova, como se percebe nas TAB 4.8 a 4.10. Pode ter havido também um efeito
de tixotropia conforme sugere SVENSON (1980) para outros solos testados.
TAB. 4.32 Parâmetros do modelo composto do módulo de resiliência –
Solos puros
Amostra 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. 4.33 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 1007 0,29 0,01
TAB.
4.34 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
140
FIG. 4.31 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo A
puro
FIG. 4.32 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo A
puro após 7 dias
FIG. 4.33 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo A
puro após 28 dias
FIG. 4.34 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo B
puro
FIG. 4.35 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo B
puro após 7 dias
FIG. 4.36 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo B
puro após 28 dias
141
FIG. 4.37 MR versus σ
3
e σ
d
– Solo C
puro
FIG. 4.38 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).
4.6.3 ENSAIOS DE SOLOS ESTABILIZADOS
4.6.3.1 O EXPERIMENTO EXPLORATÓRIO
O experimento exploratório para a resistência à compressão simples foi
repetido para o caso do módulo de resiliência. Como já exposto no item 4.3.1,
para cada corrida do experimento exploratório foi ensaiado apenas um corpo-
de-prova, e os valores obtidos no ensaio de módulo foram usados como
observações referentes a cada corrida. Foi então montada uma planilha com
todos os valores de módulo obtidos nos 16 ensaios executados, de acordo com
os níveis definidos na TAB 4.7. A TAB 4.35 mostra uma parte desta planilha
montada, e no Anexo C encontra-se um conjunto de todas as planilhas de
ensaio referentes a todas as corridas executadas neste trabalho.
142
TAB. 4.35 Módulo de resiliência – parte da planilha de experimento
exploratório
SOLO TIPO TEOR IDADE MR (M Pa)
778
667
564
850
570
B RL 4 28
500
600
677
626
642
645
A RM 8 7
563
808
808
713
708
750
592
797
B RM 4 7
636
646
586
611
B RL 4 7
575
538
457
358
642
404
A
RM 8 28
344
Embora o objetivo seja apenas a indicação de quais fatores sejam mais ou
menos significativos, foi escolhida a opção, na análise estatística, de se
considerar também a influência conjunta de dois ou mais fatores. A planilha de
resposta do programa de análise estatística encontra-se na TAB 4.36.
143
TAB. 4.36 Planilha de resultados do experimento exploratório do MR
SQ GL MQ F P
(1)Tipo de solo
883576 1 883576,5 42,20880 0,000000
(2)Tipo de emulsão
8295 1 8295,1 0,39626 0,529561
(3)Teor de emulsão
983725 1 983724,9 46,99294 0,000000
(4)Tempo de cura
40693 1 40692,6 1,94390 0,164396
1 COM 2
239739 1 239738,8 11,45242 0,000820
1 COM 3
890507 1 890507,1 42,53988 0,000000
1 COM 4
215 1 214,9 0,01026 0,919380
2 COM 3
240745 1 240744,8 11,50047 0,000800
2 COM 4
130689 1 130689,0 6,24307 0,013065
3 COM 4
36355 1 36355,3 1,73671 0,188678
1 COM 2 E 3
110851 1 110851,0 5,29540 0,022147
1 COM 2 E 4
104 1 104,2 0,00498 0,943806
1 COM 3 E 4
995084 1 995083,9 47,53556 0,000000
2 COM 3 E 4
88092 1 88092,1 4,20820 0,041197
Falta de ajustamento
161152 1 161152,2 7,69831 0,005915
Erro total
5631102 269 20933,5
SQ total
10366790 284
Onde:
X COM Y (COM Z) – Interação do efeito X com o efeito Y (e com Z), com
X,Y e Z são efeitos primários da TAB 4.7;
SQ – Soma quadrática dos efeitos;
GL – Graus de liberdade;
MQ = Média quadrática;
F = Valor encontrado da distribuição F para o efeito;
P = Valor P encontrado.
Verifica-se que apenas o tipo de solo e o teor de emulsão, como variáveis
primárias alcançaram significação estatística. O tipo de solo teve um valor P da
ordem de 10
-7
, o que prova que, assim como na RCS, a emulsão influi de
maneira diferente em solos granulares e solos plásticos. O teor de emulsão
apresentou um valor P da ordem de 10
-7
.
O tipo de emulsão foi o menos significativo dos fatores primários, assim
como na RCS. Entretanto, as interações com os outros três fatores mostram
que mantém certa importância no processo de ganho de módulo de resiliência.
O teor de emulsão apresentou um valor P de 0,16 não se apresentando
significante para o processo, assim como na RCS, mas esses dois fatores
144
mantêm interações de segunda e terceira ordem com os outros dois, o que
indica uma participação indireta, mas intensa, no módulo de resiliência.
Foi detalhado cada um dos fatores primários, pois dois não possuem
significância direta, mas influem em outras interações. Escolheu-se ampliar a
análise, e o plano experimental se tornou o mostrado na TAB 4.11.
4.6.3.2 DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO A:
Os parâmetros do modelo composto para o Solo A, estão mostrados na
TAB 4.37, para as condições analisadas. O R
2
foi acima de 0,95 para todos os
resultados, mostrando sua supremacia em relação aos outros modelos.
TAB. 4.37 Planilha de resultados de módulo do Solo A – Modelo composto
SOLO TIPO TEOR DIAS K
1
(MPa) K
2
K
3
A PURO 0 354 0,35 -0,23
A PURO 7 387 0,17 -0,27
A RL 2 7 628 0,20 -0,23
A RL 4 7 668 0,20 -0,17
A RL 6 7 583 0,05 -0,07
A RL 8 7 717 0,20 -0,18
A RM 2 7 827 0,39 -0,24
A RM 4 7 788 0,20 -0,03
A RM 6 7 692 0,09 -0,08
A RM 8 7 704 0,15 -0,13
A PURO 28 611 0,25 -0,18
A RL 2 28 953 0,67 -0,57
A RL 4 28 1090 0,30 -0,18
A RL 6 28 1177 0,49 -0,31
A RL 8 28 725 0,29 -0,29
A RM 2 28 844 0,40 -0,34
A RM 4 28 1456 0,65 -0,40
A RM 6 28 1284 0,49 -0,29
A RM 8 28 936 0,5 -0,35
Em relação ao modelo composto, verificou-se que o coeficiente 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 corpo-
de-prova, como já verificado na TAB 4.15, mas também possui uma
participação da adição da emulsão ao sistema, como já verificado no
145
experimento exploratório e no seu detalhamento.
Verifica-se também uma diminuição do valor de 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. 4.39 MR versus σ
3
, σ
d
– Solo A
com 2 % RL-1C – cura de 7 dias
FIG. 4.40 MR versus σ
3
, σ
d
– Solo A
com 2 % RL-1C – cura de 28 dias
146
TAB. 4.38 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 0 312 0,12 0,26
A PURO 7 412 -0,01 0,001
A RL 2 7 553 -0,02 0,01
A RL 4 7 613 0,04 0,06
A RL 6 7 566 0,05 0,01
A RL 8 7 648 0,02 0,01
A RM 2 7 723 0,15 0,30
A RM 4 7 565 0,05 0,03
A RM 6 7 672 0,03 0,02
A RM 8 7 662 0,02 0,02
A PURO 28 546 0,07 0,09
A RL 2 28 654 0,06 0,01
A RL 4 28 1009 0,12 0,37
A RL 6 28 951 0,16 0,26
A RL 8 28 630 0,01 0,01
A RM 2 28 711 0,06 0,03
A RM 4 28 1300 0,29 0,40
A RM 6 28 1114 0,20 0,41
A RM 8 28 786 0,16 0,23
TAB. 4.39 Planilha de resultados de módulo do Solo A – MR versus σ
d
SOLO TIPO TEOR DIAS k
1
(MPa) k
3
R
2
A PURO 0 222 0,01 0,01
A PURO 7 307 -0,16 0,29
A RL 2 7 477 -0,09 0,31
A RL 4 7 512 -0,03 0,06
A RL 6 7 546 -0,03 0,10
A RL 8 7 549 -0,05 0,13
A RM 2 7 490 0,02 0,01
A RM 4 7 497 0,01 0,01
A RM 6 7 614 -0,01 0,01
A RM 8 7 584 -0,03 0,08
A PURO 28 433 -0,02 0,01
A RL 2 28 346 -0,20 0,18
A RL 4 28 741 0,02 0,01
A RL 6 28 609 0,01 0,01
A RL 8 28 498 -0,09 0,22
A RM 2 28 504 -0,07 0,07
A RM 4 28 623 0,04 0,01
A RM 6 28 680 0,03 0,02
A RM 8 28 486 -0,01 0,01
147
TAB. 4.40 Planilha de resultados de módulo do Solo A – MR X θ
SOLO TIPO TEOR DIAS k
1
(MPa) k
3
R
2
A PURO 0 242 0,07 0,10
A PURO 7 401 0,05 0,03
A RL 2 7 544 0,06 0,10
A RL 4 7 554 0,01 0,01
A RL 6 7 567 -0,02 0,04
A RL 8 7 605 0,02 0,01
A RM 2 7 553 0,10 0,14
A RM 4 7 512 0,03 0,01
A RM 6 7 634 0,01 0,01
A RM 8 7 622 -0,01 0,01
A PURO 28 469 0,03 0,02
A RL 2 28 505 -0,07 0,01
A RL 4 28 788 0,08 0,19
A RL 6 28 677 0,10 0,10
A RL 8 28 580 -0,03 0,03
A RM 2 28 634 0,07 0,04
A RM 4 28 732 0,20 0,20
A RM 6 28 748 0,14 0,21
A RM 8 28 558 0,09 0,08
Comparando-se os expoentes k
2
e k
3
dos modelos granular e areno-
argiloso vistos nas TAB 4.38 a 4.40, verifica-se que esses valores possuem um
valor modular bastante baixo para misturas solo-emulsão com 7 dias, abaixo de
0,1. Esse efeito é em parte devido à adição de emulsão ao solo, que faz com
que a mistura seja menos dependente do estado de tensões.
Para misturas com 28 dias, verifica-se uma dependência maior da tensão
confinante, expressa pelo maior valor modular de 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
148
guardados em ambiente sem mudança de umidade por 7 dias, com o objetivo
de mensurar a real influência da umidade no comportamento resiliente dos
corpos-de-prova. Os resultados encontram-se nas FIG 4.41 e 4.42, com o MR
em função da tensão desvio e da tensão confinante.
Foi observado que a cura úmida prejudica o comportamento resiliente da
mistura. Além dos resultados terem sido em geral piores que para o solo puro,
foi observada uma deformação permanente maior na fase de condicionamento
do ensaio que no ensaio com o solo puro ou o solo estabilizado com cura seca,
como pode ser vista na FIG 4.43, onde são comparados o corpo-de-prova da
esquerda que sofreu a cura úmida e o corpo-de-prova da direita que sofreu a
cura seca.
Solo A 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
= 0,6484
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
FIG. 4.41 MR versus σ
3
- Solo A com cura úmida, sem e com emulsão
149
Solo puro
y = 222,22x
0,0034
R
2
= 0,0003
Solo A + 4 % RL
y = 138,43x
-0,0619
R
2
= 0,0475
Solo A + 2 % RL
y = 201,84x
0,1395
R
2
= 0,1662
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (MPa)
FIG. 4.42 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. 4.43 Deformação permanente em ensaio de módulo – Solo A – (a) cura
úmida – (b) cura seca
150
4.6.3.3 DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO B:
Os parâmetros do modelo composto para o Solo B, mostrados na TAB
4.41, apresentaram 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. 4.41 Planilha de resultados de módulo do Solo B – Modelo composto
SOLO TIPO TEOR DIAS k
1
(MPa) k
2
k
3
B PURO 0 112 0,12 -0,65
B PURO 7 371 0,05 -0,14
B RL 2 7 880 0,25 -0,14
B RL 4 7 624 0,05 -0,04
B RL 6 7 700 0,16 -0,13
B RL 8 7 503 0,03 -0,17
B RM 2 7 476 0,08 -0,22
B RM 4 7 580 0,06 -0,13
B RM 6 7 889 0,20 -0,1
B RM 8 7 1293 0,16 0,02
B PURO 28 860 0,34 -0,24
B RL 2 28 501 0,25 -0,30
B RL 4 28 635 0,27 -0,33
B RL 6 28 1421 0,62 -0,33
B RL 8 28 1297 0,72 -0,67
B RM 2 28 693 0,33 -0,16
B RM 4 28 900 0,64 -0,48
B RM 6 28 807 0,61 -0,86
B RM 8 28 715 0,31 -0,53
Os resultados das misturas do solo B com emulsão, ratificam as evidências
encontradas de menor dependência do estado de tensões. Para misturas com
7 dias, os valores de 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
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. 4.44 MR versus σ
3
, σ
d
– Solo B
com 4% RL-1C – ruptura com 7 dias
FIG. 4.45 MR versus σ
3
, σ
d
– Solo B
com 4% RL-1C – ruptura com 28 dias.
152
TAB. 4.42 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 0 107 -0,39 0,27
B PURO 7 199 -0,24 0,92
B RL 2 7 748 0,08 0,23
B RL 4 7 616 0,01 0,01
B RL 6 7 652 0,03 0,06
B RL 8 7 461 0,13 0,39
B RM 2 7 424 0,13 0,31
B RM 4 7 540 0,08 0,25
B RM 6 7 853 0,10 0,39
B RM 8 7 1332 0,13 0,39
B PURO 28 790 0,12 0,27
B RL 2 28 433 0,04 0,02
B RL 4 28 539 0,05 0,03
B RL 6 28 1201 0,30 0,52
B RL 8 28 894 0,05 0,01
B RM 2 28 651 0,17 0,48
B RM 4 28 700 0,17 0,14
B RM 6 28 614 -0,15 0,05
B RM 8 28 611 -0,16 0,12
TAB. 4.43 Planilha de resultados de módulo do Solo B – MR versus σ
d
SOLO TIPO TEOR DIAS k
1
(MPa) k
2
R
2
B PURO 0 95 -0,57 0,70
B PURO 7 284 -0,15 0,44
B RL 2 7 609 0,01 0,01
B RL 4 7 589 0,01 0,01
B RL 6 7 561 -0,02 0,05
B RL 8 7 484 -0,01 0,71
B RM 2 7 430 -0,16 0,69
B RM 4 7 541 -0,10 0,58
B RM 6 7 686 0,04 0,07
B RM 8 7 1045 0,13 0,59
B PURO 28 543 -0,01 0,01
B RL 2 28 365 -0,13 0,32
B RL 4 28 447 -0,14 0,41
B RL 6 28 622 0,08 0,06
B RL 8 28 498 -0,19 0,18
B RM 2 28 456 0,06 0,09
B RM 4 28 385 0,04 0,01
B RM 6 28 364 -0,44 0,52
B RM 8 28 484 -0,32 0,63
153
TAB. 4.44 Planilha de resultados de módulo do Solo B – MR versus θ
SOLO TIPO TEOR DIAS k
1
(MPa) k
2
R
2
B PURO 0 171 -0,53 0,47
B PURO 7 302 -0,23 0,80
B RL 2 7 638 0,05 0,10
B RL 4 7 601 0,01 0,01
B RL 6 7 598 0,01 0,03
B RL 8 7 552 -0,15 0,56
B RM 2 7 504 -0,16 0,49
B RM 4 7 596 -0,10 0,41
B RM 6 7 701 0,08 0,25
B RM 8 7 973 0,18 0,77
B PURO 28 608 0,07 0,09
B RL 2 28 435 -0,09 0,11
B RL 4 28 542 -0,10 0,14
B RL 6 28 680 0,22 0,31
B RL 8 28 707 -0,07 0,02
B RM 2 28 470 0,14 0,31
B RM 4 28 472 0,08 0,03
B RM 6 28 655 -0,31 0,20
B RM 8 28 709 -0,25 0,30
Foi verificado que o solo-emulsão foi mais bem representado por modelos
em função de 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.
154
Assim como executado com o Solo A, também foram ensaiados corpos-de-
prova com cura úmida em câmara própria, sem variação de umidade. Os
resultados encontram-se nas FIG 4.46 e 4.47 com o MR em função da tensão
confinante (σ
3
) e da tensão desvio (σ
d
).
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
= 0,0641
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
FIG. 4.46 MR versus σ
3
– Solo B com cura úmida
Solo B puro
y = 222,22x
0,0034
R
2
= 0,0003
Solo B + 4 % RL
y = 60,174x
-0,1084
R
2
= 0,0786
Solo B + 2 % RL
y = 50,581x
-0,1516
R
2
= 0,0921
1
10
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (MPa)
FIG. 4.47 MR versus σ
d
– Solo B com cura úmida
155
Para o solo B, a influência negativa da cura úmida no comportamento
resiliente foi ainda mais observada que no solo A. Houve pontos isolados do
ensaio onde o módulo medido foi de menos de 50 MPa. A deformação
permanente foi vista de forma clara, principalmente na fase de
condicionamento do corpo-de-prova, chegando até a 5 mm nos dois casos
analisados, como mostrado na FIG 4.48 (a).
(a) (b)
FIG. 4.48 Deformação permanente em ensaio de módulo – Solo B – (a) cura
úmida – (b) cura seca
4.6.3.4 DETALHAMENTO DO EXPERIMENTO DO SOLO C:
O modelo composto de todos os ensaios com o Solo C apresentaram R
2
acima de 0,95, conforme mostra a TAB 4.45.
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.
156
TAB. 4.45 Planilha de resultados de módulo do Solo C – Modelo composto
SOLO TIPO TEOR DIAS k
1
(MPa) k
2
k
3
C PURO 0 85 0,11 -0,61
C 7 DIAS 7 1007 0,29 0,00
C RL 2 7 765 0,35
-0,36
C RL 4 7 821 0,51
-0,12
C RL 6 7 727 0,17
-0,24
C RL 8 7 519 0,13
-0,31
Os resultados para as misturas solo-emulsão com o solo C para os
períodos de 7 dias de cura são descritos nas TAB 4.46 a 4.48, com as
umidades constantes da TAB 4.27, não sendo encontrada significância
estatística entre os resultados dos teores. Este solo é mais bem representado
pelo modelo areno-argiloso, em função de σ
d
.
TAB. 4.46 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 0 60 -0,50 0,52
C 7 DIAS 7 754 0,19 0,36
C RL 2 7 621 -0,01
0,01
C RL 4 7 776 0,40
0,76
C RL 6 7 670 -0,05
0,04
C RL 8 7 495 -0,12
0,12
TAB. 4.47 Planilha de resultados de módulo do Solo C – MR versus σ
d
SOLO TIPO TEOR DIAS K
1
(MPa) K
3
R
2
C PURO 0 75 -0,53 0,91
C 7 DIAS 7 510 0,06 0,06
C RL 2 7 477 -0,12
0,17
C RL 4 7 415 0,22
0,36
C RL 6 7 565 -0,14
0,53
C RL 8 7 443 -0,21
0,44
TAB. 4.48 Planilha de resultados de módulo do Solo C – MR versus θ
SOLO TIPO TEOR DIAS K
1
(MPa) K
2
R
2
C PURO 0 122 -0,57 0,74
C 7 DIAS 7 536 0,15 0,24
C RL 2 7 582 -0,06
0,03
C RL 4 7 392 0,35
0,63
C RL 6 7 674 -0,10
0,20
C RL 8 7 564 -0,17
0,25
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 3.4.3.2 desta dissertação, com a ressalva de que
foram executadas seis medições, com três medições em uma direção, e outras
três em outra direção perpendicular à primeira, com o objetivo de se verificar a
uniformidade do módulo por toda a amostra.
O resultado da seqüência de ensaios para o Solo A com 2, 4, 6 e 8% RL-
1C, com 7 dias de cura seca, é apresentado na FIG 4.49.
674,50
662,50
588,00
704,00
y = -2,8125x
2
+ 10,125x + 691
R
2
= 0,9562
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0123456789
% Emulsão
MRCD (MPa)
FIG. 4.49 Resultados dos ensaios cíclicos de módulo na tração diametral –
Solo A estabilizado com 7 dias de cura seca
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 4.50. 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.
1320,83
1042,17
1454,50
1254,00
y = -29,948x
2
+ 274,39x + 794,37
R
2
= 0,7885
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0123456789
% Emulsão
MRCD (MPa)
FIG. 4.50 Resultados dos ensaios cíclicos de módulo na tração diametral –
Solo B estabilizado com 7 dias de cura seca
159
4.8 MÓDULO DE ELASTICIDADE DOS SOLOS DESTE ESTUDO
O módulo de elasticidade obtido como uma decorrência da Lei de Hooke, é
uma relação entre a tensão e a deformação de um corpo-de-prova, conforme
apresentado na EQ 4.1:
ε
σ
εσ
=→×= EE
EQ 4.1
Este parâmetro pode permitir uma análise comparativa entre o
comportamento do solo puro versus solo estabilizado. Ele pode ser obtido
quando o ensaio de RCS é feito em prensa com leitura automatizada ao longo
do carregamento, como foi o caso deste estudo.
Com os gráficos tensão-deformação obtidos através dos ensaios de RCS
executados com 7 dias, foram feitos os cálculos do módulo de elasticidade
inicial dos solos puros e dos estabilizados, que é a tangente do ângulo
destacado no esboço de gráfico tensão-deformação mostrado na FIG 4.51.
Os resultados dos solos puros e estabilizados estão nas TAB 4.49 a 4.53.
FIG. 4.51 Esboço, nesta curva, da obtenção do módulo de elasticidade
160
TAB. 4.49 Módulo de elasticidade de solos puros
Solos puros E (KPa)
Solo A 3344
Solo B 4436
Solo C 7872
TAB. 4.50 Módulo de elasticidade do Solo A
SOLO A - 7 DIAS (E em kPa)
RM RL
0%
7023
E
est
/E
2%
23149 20936 3
4%
21917 16114 2,3
6%
24336 18209 2,4
8%
18655 25117 3,5
TAB. 4.51 Módulo de elasticidade do Solo B
SOLO B - 7 DIAS (E em kPa)
RM RL
0% 16163
E
est
/E
2% 27505 20951 1,3
4% 20318 16251 1,0
6% 19525 18172 1,1
8% 20675 25950 1,6
TAB. 4.52 Módulo de elasticidade do Solo C
SOLO C - 7 DIAS (E em KPa)
RL
0% 31879
E
est
/E
2% 33512 1,1
4% 41594 1,3
6% 30070 0,9
8% 32717 1,0
Verifica-se que, na condição de tratado com emulsão, o Solo C apresenta
módulo de elasticidade maior que os Solos A e B, em média, confirmando a
tendência já observada para os solos puros.
Para o Solo A, foi verificado um aumento de até 250% do módulo de
elasticidade do solo estabilizado (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
161
máximo foi de 60%. Este resultado reflete a melhoria do comportamento
estático do solo já verificado com os resultados dos ensaios de resistência à
compressão simples e resistência na compressão diametral, o que é um sinal
da melhoria no comportamento dos solos com a adição de emulsão.
4.9 ENSAIOS DE DESGASTE DOS SOLOS DESTE ESTUDO
4.9.1 LWT
Os ensaios com o equipamento LWT foram executados no Setor de
Preparação de Amostras do Laboratório de Geotecnia da COPPE, e foi seguida
a seqüência de ensaio descrita no item 3.6 dessa dissertação.
DUQUE NETO (2004) elaborou uma tabela de avaliação de resultados
para base imprimada e para tratamento anti-pó. Como o solo-emulsão é uma
estabilização, com o intuito de ser utilizado como revestimento primário de vias
de baixo volume de tráfego, o parâmetro a ser utilizado como comparação
neste trabalho é o de base imprimada.
Cada uma das duas parcelas que fazem parte da avaliação (avaliação
visual e afundamento durante ensaio) pode receber notas de 10, 8,5 ou 0, e a
soma das parcelas resultam num valor que pode variar de 0 até 20, e a cada
uma corresponde um conceito que pode ser muito bom, bom, ruim ou péssimo.
Entretanto, pelo rigor do ensaio e dos requisitos para as notas, o autor do
presente trabalho entendeu que a avaliação pudesse ser feita de forma
totalmente quantitativa, através da deformação vertical obtida durante o ensaio,
ao invés do critério anterior, dependente da avaliação visual.
Este autor também adotou uma condição de parada para o ensaio. Quando
a deformação permanente chegava a 2 centímetros, o ensaio era interrompido.
Em comparação com a altura da amostra de 5 cm, tal deformação já é grande,
perfazendo 40% da altura do corpo-de-prova.
O corpo-de-prova era moldado, compactado, e foi marcado nos seus
quatro quartos, e nas divisões entre eles era feita uma medida, totalizando
quatro medidas de deformações ao longo. O ensaio era feito com um dia de
cura, para assegurar a ruptura completa da emulsão.
162
A FIG 4.52 apresenta os resultados do LWT para o Solo A e a FIG 4.53,
para o Solo B. Para critérios de comparação, GUIMARÃES (2001), baseado
em experiências de VERSTRAETEN, cita que rodovias de alto volume de
tráfego admitem afundamentos de trilha de roda (ATR) de 16 milímetros.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 100 200 300 400 500
CICLOS
DEFORMAÇÃO PERMANENTE (CM)
SOLO A PURO SOLO A + 2 % RL
FIG. 4.52 Resultados do ensaio LWT – Solo A puro versus Solo A + 2% RL-1C.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 100 200 300 400 500
CICLOS
DEFORMAÇÃO PERMANENTE (CM)
SOLO B PURO SOLO B + 4 % RL
FIG. 4.53 Resultados do ensaio LWT – Solo B puro versus Solo B + 4% RL-1C
O solo A puro chegou à deformação limite com 150 ciclos, enquanto o solo
estabilizado chegou uma deformação máxima de 6 milímetros ao fim de 500
ciclos, final do ensaio. Nota-se uma melhoria na condição de desgaste do solo
163
ao se acrescentar emulsão asfáltica, pois se trata de uma deformação que
tendem a se estabilizar com o aumento dos ciclos. Todavia, essa deformação é
aproximadamente 15% da espessura total do corpo-de-prova, o que em campo
geraria um afundamento de trilha de roda (ATR) proporcional a espessura da
camada. Uma camada de base estabilizada de 10 cm geraria individualmente
um ATR de 15 mm, admissível pelos padrões usuais.
Por outro lado, se for considerado que 60% da deformação encontrada no
LWT foi devido aos 50 primeiros ciclos e que a deformação total tende a se
tornar estável, pode-se perceber uma utilização promissora do solo-emulsão
em revestimento primário.
Ao contrário do Solo A, o Solo B puro chegou ao limite com 300 ciclos e o
Solo B estabilizado, a um terço desse valor, o que mostra o efeito negativo da
adição de emulsão a um solo plástico.
Essa piora nas condições do corpo-de-prova está coerente com o que
também foi encontrado no condicionamento do ensaio de módulo: o solo fica
demasiadamente plástico fazendo com que altas deformações permanentes
surjam no solo, gerando defeitos como o ATR.
A metodologia de previsão da deformação permanente por este ensaio é
recente e ainda são necessários maiores estudos para que conclusões mais
precisas sejam obtidas. Talvez sejam necessárias correlações com o ensaio de
deformação permanente com o equipamento triaxial dinâmico, ou o uso de
fatores laboratório-campo para a melhor utilização destes resultados.
4.9.2 WTAT
Os ensaios com o equipamento WTAT foram executados no Setor de
Preparação de Amostras do Laboratório de Geotecnia da COPPE, e foi seguida
a seqüência de ensaio descrita no item 3.7 dessa dissertação.
DUQUE NETO (2004) idealizou uma nota composta por três parcelas para
avaliação do desempenho: a primeira referente a uma avaliação qualitativa do
corpo-de-prova, a segunda referente ao afundamento que a roda produzia e o
terceiro em relação à perda por abrasão do corpo-de-prova.
Foram executadas quatro medidas espalhadas pelo centro do corpo-de-
164
prova que teve contato com a borracha abrasiva. Tais medições foram feitas
em milímetros com o auxílio de um paquímetro.
Para o solo A, a FIG 4.54 mostra a deformação permanente do corpo-de-
prova, enquanto a FIG 4.55 mostra a deformação permanente para o solo B.
0,073
0,132
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0,140
DEFORMAÇÃO PERMANENTE (CM)
SOLO A PURO SOLO A + 2 % RL
FIG. 4.54 Resultados do ensaio WTAT – Solo A puro versus Solo A + 2%
RL-1C.
0,03
0,112
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
DEFORMAÇÃO PERMANENTE (CM)
SOLO B PURO SOLO B + 4 % RL
FIG. 4.55 Resultados do ensaio WTAT – Solo B puro versus Solo B + 4%
RL-1C.
165
Como no LWT, o parâmetro a ser seguido neste trabalho é o de base
imprimada, com suas notas 10, 8, 5 ou 0, com uma soma que pode variar de 0
até 30 originando um conceito que pode ser muito bom, bom, ruim ou péssimo.
Entretanto, pelo rigor do ensaio e dos requisitos necessários para as notas, o
autor deste trabalho entendeu que a avaliação para este ensaio também
deveria ser feita de uma forma totalmente quantitativa, através da deformação
vertical obtida durante ao ensaio e da perda por abrasão do corpo-de-prova.
Foi verificado que os solos apresentaram uma deformação maior com o
acréscimo de emulsão asfáltica, mas com uma ordem de grandeza pequena
(máximo de 1 milímetro), o que é compatível e aceitável em se tratando de
esforços de abrasão, como é o caso do WTAT.
Para o Solo B, foi verificado que houve um espelhamento no corpo-de-
prova após o ensaio, como mostrado na FIG 4.56. A superfície que sofreu o
esforço abrasivo se tornou lisa e espelhada, e com a coesão do solo
estabilizado, houve apenas 0,18% de perda de peso do corpo-de-prova,
surtindo um menor desprendimento de solo, como verificado na TAB 4.53.
FIG. 4.56 Detalhe do ensaio de WTAT do Solo B
166
TAB. 4.53 Peso perdido do corpo-de-prova durante ensaio WTAT
Peso perdido do corpo-de-prova durante ensaio Amostras de solo
Solo puro Solo com emulsão
Solo A 0,78% 0,88 %
Solo B 1,06 % 0,18%
4.10 CORRELAÇÕES ENCONTRADAS NOS ENSAIOS:
4.10.1 MR VERSUS RCS
A razão de se correlacionar módulo de resiliência com a resistência à
compressão simples está em se conseguir uma relação entre um ensaio pouco
disponível para o construtor comum e um ensaio relativamente simples de ser
executado, em substituição ao ensaio de CBR que não se aplica para
parâmetro de comparação de resistência de solos estabilizados.
Tal iniciativa não é nova, e tem sido constantemente buscada em inúmeros
trabalhos realizados de forma análoga em outros parâmetros da Geotecnia. Por
exemplo, MOTTA e MEDINA (2005) citam correlações dos coeficientes da
classificação MCT em inúmeros outros trabalhos: CASTRO (2002); DUQUE
NETO (2004); CHAGAS (2004) e MARANGON (2004).
Pelo módulo de resiliência, optou-se por utilizar como parâmetros de
correlação os coeficientes 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 4.57.
Embora a relação seja de dois ensaios de características diferentes, o
coeficiente encontrado foi relativamente alto, pois essa comparação é feita
167
numa circunstância extrema, bem próximo da ruptura, tanto para o caso do MR
como para o caso da RCS.
Os coeficientes 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 4.58 - mostrando que o aumento
da RCS faz diminuir a dependência da mistura com a tensão desvio.
k1 = 0,7818RCS + 213,78
R
2
= 0,783
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 200 400 600 800 1000
RCS (KPa)
k1 (MPa)
FIG. 4.57 Correlação RCS x k
1
k3 = 0,0005RCS - 0,4361
R
2
= 0,6681
k2 = -0,0002RCS + 0,2441
R
2
= 0,1448
-0,60
-0,50
-0,40
-0,30
-0,20
-0,10
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0 200 400 600 800 1000
RCS ( kPa)
k2, k3
FIG.
4.58 Correlação RCS x k
2
, k
3
168
4.10.2 RCS VERSUS RTI
A correlação entre os ensaios de RCS e RTI para solos estabilizados com
emulsão já foi descrita por outros autores. LUCENA et al. (1982), com solos do
Nordeste brasileiro, concluíram que a RCS é cerca de 12 vezes o valor da RTI,
com base na equação descrita na EQ 4.2, onde RCS e RTI estão em KPa.
RTI = 0,079RCS -1,531 EQ 4.2
Para o presente estudo foi obtida uma correlação entre os ensaios de
resistência à compressão simples e de tração indireta, com base nos
resultados dos solos.
Apesar de a relação entre esses dois ensaios também ter sido da mesma
ordem de grandeza – a RTI nesse ensaio foi cerca de 13% da RCS – a
correlação encontrada não teve representatividade, como pode-se ver na FIG
4.59. A ampliação do número de solos acompanhado por uma repetição de
alguns ensaios de RTI isolados levará para a obtenção de uma relação mais
adequada.
RTI = 0,1314 RCS - 20,506
R
2
= 0,2081
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 100 200 300 400 500 600 700 800
RCS (KPa)
RTI (KPa)
FIG. 4.59 Correlação RCS VERSUS RTI
169
4.10.3 RCS VERSUS FATORES
O programa STATISTICA foi utilizado para, a partir do experimento
exploratório mostrado na TAB 4.13, obter uma equação de regressão múltipla,
onde a RCS fique em função dos valores dos quatro fatores então trabalhados:
tipo de solo, tipo de emulsão, teor de emulsão e tempo de cura, onde os dois
primeiros fatores assumem os valores 1 e -1, como mostrado na TAB 4.54.
TAB. 4.54 Valores dos fatores utilizados na regressão múltipla
Fator Nível + (Valor +1) Nível – (Valor -1)
Tipo de solo Solo B Solo A
Tipo de emulsão RL-1C RM-1C
Foram retirados da análise todos os termos de terceira e quarta ordem,
além de todos os termos de primeira e segunda ordem que apresentaram valor
P acima de 0,10. Ao se considerar somente efeitos de primeira ordem, a
equação fica reduzida como mostrado na EQ 4.3:
RCS=702,6-69,9*SOLO+135,1*IDADE EQ 4.3
(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)
4.10.4 MR VERSUS FATORES
O programa STATISTICA foi utilizado para, a partir do experimento
exploratório mostrado na TAB 4.36, obter uma equação de regressão múltipla,
onde o MR fique em função dos valores dos quatro fatores então trabalhados:
tipo de solo, tipo de emulsão, teor de emulsão e tempo de cura, onde os dois
170
primeiros fatores assumem os valores 1 e -1, como já mostrado na TAB 4.45; e
também a tensão desvio e a tensão confinante de cada módulo encontrado.
A EQ 4.5 foi encontrada somente com termos significativos de primeira
ordem:
MR=437,7 + 55,06*SOLO + 29,06*TEOR + 2144,*SIGMA3 - 860,*SIGMAD
(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).
4.11 EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO MECANÍSTICO
A título ilustrativo de um possível dimensionamento mecanístico com os
dados de MR obtidos neste estudo para baixo volume de tráfego, são
apresentadas a seguir três estruturas típicas com camadas estabilizadas de
solo-emulsão como parte do pavimento.
A estrutura chamada aqui de Estrutura I mostra apenas o subleito com um
tratamento superficial, e representa a alternativa do local onde o Solo A deste
estudo fosse escarificado e recompactado formando então uma base para a
aplicação do tratamento superficial. A Estrutura II tem o solo-emulsão agindo
como uma camada de base, com um tratamento superficial, típico de rodovias
de baixo volume de tráfego, enquanto na Estrutura III o solo-emulsão age como
revestimento primário, sem qualquer outro revestimento asfáltico. As Estruturas
são mostradas esquematicamente na FIG 4.60.
Para efeito de alternativa de dimensionamento, são adotadas três
espessuras diferentes de camada de solo-emulsão para as estruturas II e III: 5,
10 e 15 centímetros, e para cada uma das três espessuras serão calculados a
171
deflexão sob a roda e a tensão vertical no subleito com a ajuda do programa
FEPAVE2.
FIG. 4.60 Esquema dos tipos de estrutura a serem analisados
Em todos os casos, os dados de entrada dos módulos de resiliência foram
os modelos compostos do solo A com cura seca de 7 dias, e também no caso
em que o solo-emulsão tiver uma função de base de pavimentos como na
Estrutura II; e o módulo de resiliência na compressão diametral, para a situação
do solo-emulsão ser usado como um revestimento primário e para o caso do
tratamento superficial, como na Estrutura III.
O subleito considerado nos exemplos é o Solo A, e para a camada
estabilizada foi utilizada a mistura deste solo com 2% RL-1C. Para o
tratamento superficial, foi adotado o valor de 500 MPa para o módulo de
resiliência na compressão diametral (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.
172
Na TAB 4.55 estão apresentadas as deflexões sob uma das rodas do eixo
padrão visto que as estruturas simuladas não têm efeito de placa (casos do
tratamento superficial e da ausência de revestimento) e pela sua pequena
espessura faz com que as tensões e deformações sob uma das rodas seja
maior que entre elas.
TAB. 4.55 Resultados de cálculo de parâmetros as alternativas de estruturas
calculadas pelo FEPAVE2
I II – espessura da
base (cm)
III – espessura do
revestimento
primário (cm)
Estrutura
Parâmetro
5 10 15 5 10 15
Deflexão sob a roda
(mm)
0,60 0,44 0,35 0,31 0,45 0,30 0,28
Tensão vertical no
subleito (MPa)
0,57 0,39 0,24 0,16 0,44 0,26 0,17
Comparando-se os casos das estruturas II e III, verifica-se que quando a
camada estabilizada tem a mesma espessura, as deflexões sob a roda e a
tensão vertical no subleito foram da mesma ordem de grandeza, o que
confirma que os módulos de resiliência encontrados, na compressão triaxial e
na compressão diametral tiveram valores semelhantes que produziram efeitos
semelhantes e de mesma ordem.
Entre a estrutura I e as estruturas II e III, observa-se que a estabilização do
subleito de 5 centímetros com emulsão asfáltica gera uma tensão 46% menor e
uma deflexão 35 % menor sob a roda. No caso de 15 centímetros de
estabilização, a deflexão se reduz a cerca da metade.
Portanto, comprova-se que no caso do solo granular deste estudo, o uso
de somente 2% de emulsão RL melhora bastante a condição estrutural para
um pavimento próprio para baixo volume de tráfego.
173
4.12 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA
A caracterização microestrutural foi realizada utilizando a análise em
Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). As análises microestruturais foram
realizadas sobre amostras compactadas extraídas de corpos-de-prova, puras e
adicionadas com 2, 4, 6 e 8 % de emulsão, com ampliações de 200 e 500X.
A título de exemplo, as FIG 4.61 e 4.62 mostram um extrato de todas as
análises de MEV realizadas, com o Solo A. A FIG 4.61 mostra o solo A puro.
Com a adição de emulsão, mostrada na FIG 4.62, observa-se uma mudança na
estrutura do solo – um aumento de “volume”, como se a estrutura estivesse “se
floculando” provocado pela inclusão da emulsão nos espaços intergranulares.
FIG. 4.61 MEV Solo A puro
(Ampliação 500 X)
FIG. 4.62 MEV Solo A com 4% RL-1C
(Ampliação 500 X)
As FIG 4.63 e 4.64 mostram um extrato de todas as análises de MEV
realizadas, com o Solo B. A FIG 4.63 mostra o solo B puro. Com a adição de
emulsão mostrada na FIG 4.64, também é observado um aumento no “volume”
do solo, verificado pelo efeito de “floculação” também observado no Solo A.
A tendência observada de “floculação” é mais intensificada com a maior
adição de emulsão ao solo, e é vista em todas as fotografias de MEV de solo-
emulsão, como mostrado no Apêndice E.
174
FIG. 4.63 MEV Solo B puro
(Ampliação 500 X)
FIG. 4.64 MEV Solo B com 4 % RL-
1C (Ampliação 500 X)
4.13 CONSIDERAÇÕES FINAIS:
Foram realizados 165 corpos-de-prova de resistência à compressão
simples, 30 corpos-de-prova de resistência à tração indireta, 55 corpos-de-
prova de módulo de resiliência, 10 corpos-de-prova de módulo de resiliência na
tração diametral, dois ensaios de LWT e dois ensaios de WTAT. Ao todo, foram
260 corpos-de-prova de diferentes tamanhos, mostrados parcialmente na FIG
4.65, com uma estimativa de cerca de setecentos quilos de solos ensaiados.
FIG. 4.65 Parte dos corpos-de-prova ensaiados neste trabalho
175
Ao final de todos os ensaios, e baseado na pesquisa bibliográfica realizada
no Capítulo 2, pode-se dizer que o comportamento do solo-emulsão se dá de
duas maneiras distintas: para solos granulares e para solos finos.
Para solos granulares, a interação solo-emulsão pode ser considerada
benéfica. Aumenta a coesão do sistema, promovendo uma melhoria em quase
todos os parâmetros utilizados neste estudo. Confere impermeabilidade ao
sistema, fazendo com que a umidade residual ao final de um período de tempo
seja maior que para os solos puros não estabilizados, além de fazer com que
os comportamentos fiquem menos dependentes do estado de tensões.
Restaria fazer testes de ganhos de umidade com eventual entrada de água,
para que a impermeabilidade seja mais bem avaliada.
Para solos finos, o solo-emulsão tem limitações. O aumento no valor de
algum parâmetro de resistência deve ser cuidadosamente avaliado, pois em
geral foi encontrado um ganho no valor deste parâmetro sem qualquer
acréscimo de emulsão, apenas com a perda de umidade do solo puro por
tempos determinados (7 e 28 dias). Entretanto, a impermeabilidade de corpos-
de-prova de solos finos estabilizados é melhor observada que em solos mais
granulares.
As emulsões RL agem de modo diferente das emulsões RM no sistema
solo-emulsão: as primeiras proporcionam um ganho mais uniformemente
distribuído ao longo do período de cura, enquanto na RM esse ganho é mais
concentrado nos 7 primeiros dias.
Assim como no solo-cimento, 7 dias parece ser o tempo máximo
necessário de cura para o solo-emulsão, haja visto que os corpos-de-prova
com 28 dias apresentaram uma grande influência da perda excessiva de
umidade.
O ensaio de RCS mostrou uma boa sensibilidade. Trata-se de um ensaio
que mostrou significância estatística entre os quatro teores de dosagem
adotados para solos granulares. Não deve ser descartado o módulo de
resiliência, que embora não permita que se detecte uma diferença entre os
teores, fornece outras informações como a dependência do solo-emulsão com
o estado de tensões.
Os ensaios de módulo de resiliência na tração diametral, apesar de não
176
fornecer uma boa resposta para dosagem, mostraram-se úteis para se medir a
deformabilidade de solo-emulsão, na situação de revestimento primário.
Os ensaios de LWT e WTAT apresentaram um bom resultado,
especialmente o Solo A, que mostrou uma melhoria com a adição de 2% de
RL-1C. São ensaios ainda usados como comparativo entre solos que
necessitam de correlação campo-laboratório para se obter melhores indicações
de desempenho.
Finalmente, a tecnologia de estabilização solo-emulsão mostrou-se
promissora para solos granulares. Para solos plásticos, deve-se ter cuidado ao
se adotar como solução, tanto para base de pavimentos como para
revestimento primário, pois incorre no risco de adicionar um produto químico
para se obter uma estabilização que não atenda aos requisitos da boa técnica.
No plano prático, a seqüência de execução em campo precisa ser bem
resgatada, com o auxílio de novas pesquisas em laboratório para que se
conheça melhor essa possibilidade de uso da emulsão como estabilizante.
Com o intuito de dar mais uma pequena contribuição a essa pesquisa, o
Apêndice A mostra uma experiência de uso de solo-emulsão para revestimento
primário de um pequeno trecho experimental em um caminho de serviço, nas
imediações da cidade de Iapu/MG, onde se pôde perceber as dificuldades de
aplicação dessa técnica em campo; e o Apêndice B mostra uma sugestão de
seqüência de execução de solo-emulsão na pista, com base nas experiências
levantadas pelo autor do presente trabalho.
177
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES DE PESQUISAS FUTURAS
O objetivo da presente pesquisa foi estudar o comportamento de solos do
Estado do Rio de Janeiro estabilizados com emulsão asfáltica, e para que ele
fosse atingido foram ensaiados 260 corpos-de-prova de diversos ensaios,
como a resistência à compressão simples, resistência à tração indireta, módulo
de resiliência triaxial e de compressão diametral e ensaios de desgaste como o
LWT (Loaded Wheel Test) e WTAT (Wet Track Abrasion Test).
5.1 CONCLUSÕES
As principais conclusões sobre o tema proposto, fundamentadas na
literatura e nos ensaios realizados em corpos-de-prova são:
• A adição de emulsão asfáltica aos solos confere aumento de
capacidade de suporte e características de impermeabilidade;
• A adição de emulsão a corpos-de-prova submetidos ao ensaio
triaxial para obtenção do módulo de resiliência faz com que os solos
sejam menos dependentes do estado de tensões do pavimento;
• Para o dimensionamento mecanístico de camadas de solo-emulsão,
deve ser utilizado o modelo composto do módulo de resiliência
triaxial quando a camada tiver uma função de base e sub-base; e o
módulo de resiliência na compressão diametral quando ela for um
revestimento primário. Nos dois exemplos de estruturas com solos
estabilizados simulados com o solo A com 2% RL-1C, os valores de
deflexão sob a roda e de tensão vertical no subleito tiveram a
mesma ordem de grandeza;
• A estabilização do solo A com emulsão reduziu a deflexão sob a
roda e a tensão vertical no subleito, em comparação com a base não
estabilizada;
• O aumento da espessura da camada de solo A com emulsão, de
acordo com o FEPAVE2, provoca uma redução da deflexão sob a
roda e da tensão vertical no subleito;
178
• Em relação ao solo arenoso deste estudo, houve um aumento de
todos os parâmetros de resistência analisados em relação ao solo
puro: resistência à compressão simples, módulo de resiliência e
resistência à tração indireta, verificadas com sete e com 28 dias de
cura seca, em comparação com corpos-de-prova de solos puros
deixados com o mesmo tempo de cura. Esta melhora é devido à
adição de coesão ao solo;
• Em relação aos solos plásticos deste estudo, com sete dias de cura
seca, a adição de emulsão diminuiu a resistência à compressão
simples e aumentou o módulo de resiliência, em comparação aos
corpos-de-prova de solos puros deixados com o mesmo tempo de
cura. Com 28 dias de cura, porém, é verificada uma influência
positiva da emulsão na resistência à compressão simples e no
módulo de resiliência, em relação aos corpos-de-prova de solos
puros deixados com o mesmo tempo de cura;
• A adição de emulsão RM aos solos proporciona um aumento da
resistência à compressão simples e do módulo de resiliência mais
intenso nos sete primeiros dias de cura seca, enquanto com a
adição de emulsão RL esse ganho é mais distribuído pelos 28 dias
de cura seca. Porém, a mistura com emulsão RL é mais fácil de ser
executada em laboratório que as misturas com emulsão RM;
• Corpos-de-prova estabilizados e curados em câmara úmida não
apresentaram melhoria em seu comportamento mecânico. Foram
encontradas grandes deformações permanentes nos ensaios de
módulo de resiliência na fase de condicionamento nesta condição;
• O módulo de resiliência na tração diametral foi válido como método
de avaliação de deformabilidade. O valor encontrado para o módulo
na tração diametral foi da mesma ordem de grandeza que o módulo
na compressão triaxial, para o Solo A; e maior que o módulo triaxial,
para o Solo B;
• O tempo de sete dias de cura de solo-emulsão parece ser suficiente
para ser adotado numa avaliação de resistência de corpos-de-prova
de solo-emulsão em laboratório;
179
• De todos os ensaios deste estudo, a resistência à compressão
simples é o mais recomendado para ser um ensaio de dosagem de
solo-emulsão pela facilidade de execução em pequenos
laboratórios, enquanto o módulo de resiliência confirmou ser um
ensaio indicado e preciso para dimensionamento mecanístico ;
• A umidade residual dos corpos-de-prova estabilizados é diretamente
proporcional ao teor de emulsão asfáltica acrescentado aos solos;
ela é maior em solos finos que em solos granulares;
• O Solo A estabilizado, ao ser ensaiado ao desgaste no equipamento
LWT modificado, apresentou uma melhoria em relação ao solo puro,
com menores deformações permanentes, ao contrário do Solo B
estabilizado, que não apresentou um bom resultado;
• A estabilização dos solos A e B não melhorou a resistência à
abrasão pelo WTAT quanto à deformação permanente, em relação
ao solo puro. Todavia, os valores encontrados de qualquer forma
foram muito baixos O solo B estabilizado apresentou uma perda de
massa menor que o solo B puro;
• Foi encontrada correlação entre a resistência à compressão simples
e os coeficientes 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,
180
ensaiando-se outros solos e outras emulsões;
• Fotografias de microscopia eletrônica de varredura mostram uma
mudança na microestrutura interna do solo, com ênfase
principalmente em uma “floculação” das partículas finas do solo
observada nos corpos-de-prova estabilizados com emulsão.
5.2 RECOMENDAÇÕES PARA ESTUDOS FUTUROS
• Realizar estudo semelhante ao aqui feito, mas com corpos-de-prova
compactados com amostras de solo não destorroadas, para se
assemelhar ao máximo às condições de execução no campo;
• Realizar a cura com ciclos de secagem e molhagem do corpo-de-
prova, para se verificar a variação de umidade no ganho de
resistência à compressão simples e módulo e variar o tempo de cura
para menos que 7 dias e testar a cura acelerada em estufa;
• Aumentar o banco de dados de ensaios de módulo de resiliência
iniciado neste estudo, e através de um procedimento de Inteligência
Computacional (redes neurais artificiais, data mining, etc) obter uma
expressão que permita a previsão do módulo de amostras
estabilizadas com emulsão;
• Fazer uma comparação entre o desempenho dos solos estabilizados
estudados com cimento ou cal com o solo-emulsão, bem como os
casos de solo-cimento-emulsão e solo-cal-emulsão;
• Realizar estudos com o objetivo de descobrir correlações entre as
deformações permanentes obtidas nos ensaios de LWT e WTAT
com as deformações permanentes observadas no campo, bem
como um aprofundamento na utilização destes ensaios na dosagem
de misturas solo-emulsão;
• Aprofundar a análise do comportamento mecânico com a ajuda de
fotografias de microscopia eletrônica de varredura;
• Fazer análises de curvas de compactação de variados solos
estabilizados, em comparação com as curvas de solos puros.
181
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7 APÊNDICES
7.1 RELATO DE EXPERIMENTO DE CAMPO
190
HISTÓRICO E OBJETIVO
Desde o início desde trabalho, em janeiro de 2006 com a coleta dos Solos
A e B, houve o interesse de que fosse feita uma pista experimental, onde
pudesse ser vista e avaliada a seqüência executiva do solo-emulsão, bem
como parâmetros importantes como rendimento de serviço, metodologia de
dosagem e outros mais inerentes à pratica de campo.
Uma possível pista experimental foi programada, e seria executada dentro
de um projeto de pesquisa da PETROBRAS em parceria com a COPPE e o
IME sobre tecnologias de construção de rodovias para baixo volume de tráfego,
teria cerca de 800 metros de extensão, em uma via interna do Depósito Central
de Munição (DCMun) do Exército Brasileiro em Paracambi/RJ. Esta escolha
veio da expectativa da troca de parceria entre o DCMun e a PETROBRAS.
Foi feito um reconhecimento do local, compreendendo medição da
plataforma e do comprimento da pista, e coleta do solo da pista para se fazer
os ensaios de caracterização.
O solo do revestimento primário da pista é o Solo C, já apresentado no
Capítulo 3 dessa dissertação. Entretanto, havia vários óbices à sua
estabilização. O primeiro era que o Solo C, conforme granulometria
apresentada na Figura 4.1, não se enquadrava em nenhum dos requisitos de
um solo a ser estabilizado com emulsão: é um solo plástico e com 41%
passante na peneira 0,075 mm, superior ao máximo de 30 % recomendados.
Um outro problema era a definição da seqüência correta de execução do
serviço, e dela dependia diretamente a quantidade e o tipo dos equipamentos a
serem utilizados. Os equipamentos necessários à execução do serviço
dependem muito do tipo de mistura e de estabilização a serem realizados.
ABEDA (2001) e MOREIRA (2006) listam os seguintes equipamentos,
juntamente com o uso a que cada um é destinado, sendo que equipamentos
que possuem o mesmo uso são alternativos entre si:
• Grade de disco – mistura da emulsão com o solo;
• Pulvi-misturador – mistura da emulsão com o solo;
• Caminhão basculante – transporte de material;
• Pá carregadeira – carga de material;
191
• Motoniveladora – regularização e acabamento de superfícies;
• Trator de esteira ou de pneus – carga de material;
• Caminhão pipa – transporte e dosagem de água;
• Distribuidor de asfalto – transporte e dosagem de emulsão;
• Tanque de armazenamento de emulsão;
• Rolo compactador pé de carneiro - compactação;
• Rolo compactador liso - compactação;
• Usina de solos ou de pré-misturado a frio (PMF) – para o caso da
mistura não ser feita na pista, apresenta um melhor rendimento;
Era necessário também um laboratório de solos ampliado de campo, que
incluísse não apenas os instrumentos necessários à caracterização e à
compactação do solo, mas que também englobasse os ensaios mínimos
necessários de recebimento da emulsão asfáltica.
Por essa dificuldade, e pela indefinição do financiamento até uma data
viável de execução para esta dissertação a tentativa de se realizar a pista em
Paracambi foi suspensa. Todavia, numa dissertação sobre solo-emulsão,
sabendo-se da diversidade no modus operandi da execução dessa tecnologia,
não podia deixar de dar uma contribuição na padronização da execução.
O autor do presente trabalho, com o providencial apoio do Comando e da
Seção Técnica do 11° Batalhão de Engenharia de Construção (11° BECnst),
conseguiu que fosse executado pelo Destacamento de Ipatinga do Batalhão,
um trecho experimental de 40 metros em um caminho de serviço auxiliar à
construção do trevo de acesso à cidade de Iapu-MG.
O objetivo deste apêndice é fazer um relato desta experiência, com seus
problemas e dificuldades, para que um primeiro passo fosse dado no resgate
da tecnologia de execução do solo-emulsão e assim, disponibilizar mais uma
alternativa à pavimentação de vias de baixo volume de tráfego.
REQUISITOS DE EXECUÇÃO DO SOLO-EMULSÃO
Para se utilizar o solo-emulsão como pavimento de baixo custo, MOREIRA
(2006) apresenta os seguintes requisitos que a pista deve atender:
192
• Rodovia de baixo volume de tráfego;
• Região com baixo volume pluviométrico;
• Região com topografia pouco acidentada;
• Materiais locais de boa qualidade;
• Bom projeto geométrico;
• Obras de arte corrente suficientes;
• Sistema de drenagem eficiente;
Ainda que o solo granular estabilizado com emulsão apresente uma
melhoria em sua resistência ao desgaste, conforme apresentado no item 4.9
com o ensaio de LWT, MOREIRA (2006) recomenda a execução de uma
camada de rolamento ou revestimento sobre a camada de base estabilizada
com emulsão. Dentro da filosofia de vias de baixo volume de tráfego, poderia
ser utilizado o tratamento superficial duplo, micro-revestimento asfáltico ou o
tratamento anti-pó, embora o CBUQ ou o PMF possam também ser utilizados
com a ajuda de um programa de dimensionamento adequado, atendendo
também ao custo de implantação.
O controle tecnológico para a execução dos serviços depende do processo
executivo adotado. Pode ser utilizado a compactação, a massa específica
aparente seca (MEAS) e o ensaio de CBR (MOREIRA, 2006), embora não seja
um ensaio adequado para avaliar o índice de suporte de solos estabilizados
(MEDINA e MOTTA, 2004).
O controle geométrico envolve a precisão na espessura da camada, na
largura da plataforma e no acabamento da superfície, com o auxílio da
topografia. A espessura da camada acabada não deverá ser inferior a 10
centímetros, nem superior a 15 centímetros, e quando a espessura for maior
que essa, o serviço deverá ser executado em duas camadas (DER/SP, 1988).
Todavia, o autor do presente trabalho acredita que essa exigência da
norma é decorrente do tipo do uso que se deseja de um solo-emulsão. A
especificação do DER/SP (“Bases e sub-bases de solo-asfalto” ) refere-se a
bases e sub-bases estabilizadas, em contrapartida, existem relatos de pistas
executadas apenas com 5 cm (MOREIRA, 2006) ou com 7 cm de espessura de
193
camada estabilizada (THULLER, 2005). Nestes casos, o solo-emulsão é um
revestimento primário, não se aplicando nestes casos a especificação do DER.
. A respeito do ligante, o DER/SP determina os requisitos para a emulsão a
ser utilizada na estabilização, na sua temperatura de aplicação. Quando a
viscosidade não pode ser conhecida, deve ser obedecido o requisito de
temperatura:
• Viscosidade Saybolt-Furol mínima (temperatura de aplicação): 20
segundos Saybolt-Furol;
• Viscosidade Saybolt-Furol máxima (temperatura de aplicação): 100
segundos Saybolt-Furol;
• Temperatura de aplicação mínima (RL): 10°C (20°C se RM-1C);
• Temperatura de aplicação máxima (RL): 40°C (60°C se RM-1C).
Quanto à taxa de execução, ABEDA (2001) recomenda a taxa de 1,14 l/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;
194
• Compactação com rolo de pneu;
• Acabamento com rolo liso;
• Varredura da base, para aplicação do revestimento.
Esta seqüência também foi recomendada por Eng° José Alencar
(comunicação pessoal), da PROBITEC, um especialista de emulsão, que
participou de experiências com solo-emulsão na década de 1970, inclusive da
construção do trecho citado por THULLER (2005).
RECONHECIMENTO DA OBRA
Quando da chegada ao local da obra, a primeira providência foi o
reconhecimento. Havia um informe que o solo local era um silte arenoso ou
uma areia siltosa. A partir do reconhecimento do trecho, verificou-se que o
talude adjacente apresentava vários tipos de solos, uns mais e outros menos
intemperizados, como mostra a Figura 7.1. Havia também a ocorrência de um
material de terceira categoria encontrado por ocasião da construção do talude.
FIG. 7.1 Perfil de solo do local do experimento com solo-emulsão
Escolheu-se como trecho experimental, sob a supervisão do Chefe de
Seção Técnica, o Cap QEM William Rubbioli Cordeiro e do engenheiro
residente do destacamento, 2° Tenente OTT Cássio Murilo Cardoso Santos um
caminho de serviço adjacente ao local do trevo, que auxiliava no trânsito de
195
equipamentos de terraplenagem. Apresentava um pequeno volume diário de 15
veículos comerciais por dia, pois era o começo de um acesso a uma estação
da companhia de águas de Minas Gerais.
Optou-se pela escolha de duas ocorrências de solo da região da
construção, para que um deles fosse utilizado na estabilização da base. Havia
uma limitação operacional que exigia o uso de solos extraídos do local.
As ocorrências foram batizadas de IAPU-1 e IAPU-2. Embora não
houvesse nenhum laboratório de campo na região do destacamento, foram
extraídas amostras para caracterização do solo, que foi realizada a posteriori
pelo Laboratório do 11° BECnst cujos resultados encontram-se na Tabela 7.1.
TAB. 7.1 Ensaios de classificação de solos
GRANULOMETRIA SOLO
2,00 0,42 0,074
LL IP HRB IG Hot
IAPU-1 100 81 63 NP NP A-4 5 26%
IAPU-2 100 88 72 NP NP A-4 7 28%
Em seguida, foi colhida amostra da emulsão asfáltica disponível no local.
Tratava-se de uma emulsão RL-1C, enriquecida com 3% SBS, que foi utilizada
na construção de micro revestimento asfáltico anteriormente, mas que estava
armazenada hã um mês num tanque no local da obra. A caracterização da
emulsão realizada a posteriori mostrou os resultados mostrados na TAB 7.2:
TAB. 7.2 Ensaios de caracterização da emulsão
Ensaio Encontrado Referência
Viscosidade Saybolt-Furol a 25°C 19 sSF 20-100 Ssf
Viscosidade Saybolt-Furol a 50°C 17,5 sSF 20-100 Ssf
Resíduo por aquecimento 33,04 % Min 62 %
Peneiramento 4,5 % Max 0,10%
196
EXECUÇÃO DA EXPERIÊNCIA
O trecho ficou com quatro metros de plataforma e 40 metros de extensão, e
sua construção envolveu a substituição de 15 cm de profundidade do
revestimento primário existente por 15 cm acabados de solo estabilizado.
O solo utilizado foi o IAPU-1, por parecer menos fino que o IAPU-2. A
emulsão foi diluída em 50%, e a proposição foi de que o solo fosse estabilizado
numa estimativa de 4% de produto por peso seco de solo, somente com base
nas experiências de laboratório mostradas no capítulo 4 com os outros solos.
Não foi feito nenhum ensaio de dosagem. A execução da pista envolveu as
fases de execução descritas a seguir, e a seqüência foi apenas baseada na
execução realizada por MOREIRA (2006). O autor do presente trabalho,
conforme a descrição de cada fase relatará os principais problemas ocorridos.
PASSOS DO EXPERIMENTO
a) Retirada da camada existente
A camada existente foi retirada com a lâmina da motoniveladora, como
mostrado na FIG 7.2. Não havia interesse do autor da presente experiência em
utilizar este solo, pois não se tinha muitos dados sobre ela e sua composição
granulométrica era aparentemente mal distribuída.
FIG. 7.2 Retirada da camada existente
197
b) Carga e transporte do solo
Foram carregados dois caminhões basculantes com o solo convencionado
como IAPU-1, com a ajuda de uma carregadeira. O solo foi descarregado em
leiras ao longo da extensão da pista, para em seguida ser espalhada por uma
motoniveladora. As figuras 7.3 a 7.5 apresentam aspectos da carga e da
descarga do material.
FIG. 7.3 Carga de material
FIG. 7.4 Descarga de material
198
FIG.
7.5 Detalhe do material enleirado
c) Carga, transporte e diluição da emulsão.
A emulsão asfáltica foi descarregada de um tanque de material asfáltico de
uma obra de restauração em curso sob responsabilidade do Destacamento. Foi
utilizado para isso um distribuidor de asfalto de 6 toneladas de capacidade.
Deve-se ter atenção nesse momento para a quantidade de emulsão a ser
posta no distribuidor de asfalto. Como geralmente a emulsão é diluída em 50%,
o distribuidor deve ser cheio até a metade de sua capacidade, para que ela
seja complementada com água.
A água em si deve ser limpa, podendo ser da mesma qualidade utilizada
para levar o solo à umidade ótima.
Outro aspecto importante é a temperatura da emulsão e da emulsão
diluída, que devem estar dentro dos limites de viscosidade e temperatura
recomendados, por exemplo, pelo DER/SP (DER/SP, 1988). Ensaios de
viscosidade Saybolt-Furol complementares podem ser úteis nessa conferência.
Quanto à temperatura, ela pode ser controlada através do termômetro que
normalmente é instalado no distribuidor de asfalto.
Para esta pista a temperatura ambiente era de 25°C e a temperatura de
aplicação da emulsão foi de 35°C
As Figuras 7.6 e 7.7 mostram detalhes da operação de carga e diluição da
emulsão asfáltica.
199
FIG. 7.6 Transferência da emulsão para o distribuidor de asfalto
FIG.
7.7 Diluição da emulsão dentro do distribuidor de asfalto.
d) Espalhamento e homogenização do solo
O solo foi espalhado por uma motoniveladora pela pista, seguindo-se pelo
gradeamento feito pela grade de discos atrelada a um trator agrícola.
O gradeamento é um dos pontos principais no processo, para que não haja
grumos de solo pela massa. Tais aglomerados impedem a mistura íntima e
perfeita do solo e a emulsão na sequência, traduzindo-se em perda de
eficiência da camada de solo-emulsão. No caso deste trabalho, não se
conseguiu que o solo fosse completamente destorroado.
Nesta fase, a água de dispersão deve ser adicionada ao solo por meio de
caminhões-pipa. MOREIRA (2006) sugere que a adição da água deve parar a
2% da umidade ótima, quando deve começar a adição da emulsão.
200
O autor deste trabalho, porém, acredita que 2% é um patamar perigoso,
haja visto que a própria norma do DNER de compactação de solos (DNER ME
162/94) admite essa umidade como dentro da tolerância de compactação em
campo. Tal condição de “umidade de parada” deve ser analisada caso a caso,
em função do teor de projeto da emulsão e do cálculo da água de compactação
que é feito em decorrência deste teor. Sugere-se que a adição da água pare
entre 2 e 5% da umidade ótima.
No caso da pista, como a umidade do solo espalhado era de 17% medida
com o Speedy, o autor do trabalho achou que a água contida na emulsão
diluída era suficiente para levar o solo a uma umidade viável de compactação.
O controle de umidade nessa fase é de suma importância e influenciará na
próxima fase. As FIG 7.8 a 7.10 mostram detalhes dessa operação.
FIG. 7.8 Espalhamento do material
FIG. 7.9 Aeração e destorroamento do solo
201
FIG. 7.10 Aspecto do solo pronto para aplicação da emulsão asfáltica
e) Aplicação e mistura da emulsão ao solo
A mistura de emulsão ao solo é a que requer mais atenção do engenheiro
executante e da equipe de aplicação.
É recomendável que a emulsão deva ser aplicada em três passadas com
um terço da emulsão em cada uma. Cada passada do distribuidor deve ser
seguida pela grade de discos ou o pulvimisturador, que terão a missão de
misturar o solo e a emulsão adequadamente.
Dependendo da quantidade de emulsão a ser aplicada, podem ser
necessárias mais de três passadas do distribuidor de asfalto pela pista. No
caso deste trabalho, foram feitas três séries de passadas, onde cada série
tinha duas ou três passadas do distribuidor com velocidade perto de 5 km/h.
Outro aspecto observado foi que, como se tratava de solo com baixa
permeabilidade, a emulsão apresentou problemas para se infiltrar pelo solo,
levando tempo até isso acontecer. A vantagem dos solos arenosos é que,
como são bem mais permeáveis deve apresentar maior facilidade da emulsão
infiltrar no solo, dando um primeiro passo para uma mistura mais homogênea.
O gradeamento foi outro aspecto que apresentou problemas. A mistura
entre solo e emulsão não se tornou homogênea, apresentando porções de cor
negra e porções de solo que não conseguiram ser misturadas adequadamente,
apesar de a grade de discos ter passado quatro vezes, ida e volta, pela pista.
202
A cada nova passada do distribuidor, é imperativo o controle da umidade
da pista. Na ocasião, foi padronizada a seguinte seqüência: série de passadas
do distribuidor - série de passadas da grade de discos - medida de umidade.
Assim, o executor pode acompanhar amiúde a evolução da umidade rumo à
umidade ótima do solo.
Deve-se ter a precaução de se umedecer antes da mistura as lâminas da
grade de disco com óleo diesel ou outro produto que impeça a aderência do
solo estabilizado, para facilitar a operação de limpeza e manutenção do
equipamento quando do término do serviço.
Quando a umidade de compactação medida pelo aparelho Speedy atingir a
umidade ótima, passa-se à regularização da camada com a motoniveladora
preparando para a fase de compactação. As FIG 7.11 a 7.13 apresentam fotos
relativas a esta fase.
FIG. 7.11 Aplicação da emulsão diluída ao solo
FIG. 7.12 Mistura do solo e emulsão, com a grade de discos
203
FIG. 7.13 Aspecto final da camada de solo estabilizado
f) Compactação do solo estabilizado
Para a compactação são utilizados rolos compactadores corrugados e
lisos, como para solos puros, e o controle é feito também pela massa
específica aparente seca (MEAS).
A FIG 7.14 mostra a operação de compactação feita na pista, apenas com
rolo compactador corrugado vibratório, e a FIG 7.15 mostra aspecto do
resultado final após compactado, dando ênfase à pouca dispersão da emulsão
na massa de solo.
FIG. 7.14 Compactação da camada de solo-emulsão
204
FIG. 7.15 Aspecto da superfície da pista
DESEMPENHO DA CAMADA
Logo após a compactação, a camada apresentou sinais de que estava no
ramo úmido. A superfície, pela ausência do rolo liso, apresentou um
acabamento não adequado. O CAP da emulsão ficou irregularmente disperso
pelo pavimento, o que evidencia que não houve uma boa homogeneização. Era
possível ver aglomerados de polímero da emulsão dispersos, aparentemente
levando a supor que o CAP residual se separou do polímero, formando uma
espécie de “solo emborrachado” disperso na massa de solo, como mostrado na
FIG 7.16. Vale lembrar que a emulsão estava estocada a dois meses.
FIG. 7.16 Detalhe de grumos de borracha em porção de solo-emulsão
205
Após a aplicação, durante uma semana alternaram-se no local chuvas
intensas e dias de sol, o que levou a camada a apresentar trincas de retração
espalhadas por toda sua extensão, salpicadas por porções mais escuras
oriundas da adição da emulsão, como se verifica nas FIG 7.17 e 7.19.
Estas trincas, que podem inviabilizar o uso do solo-emulsão sem a camada
de rolamento, foram descritas por NOGAMI e VILLIBOR (1995) como sendo
típicas de solos finos lateríticos, como mostrado na FIG 7.18. Para estes casos,
é recomendada a utilização da tecnologia descrita por estes autores para
apropriada proteção e cobertura destas trincas.
FIG.
7.17 Aspecto da superfície da pista, após 7 dias.
FIG. 7.18 Trincas de retração típicas de solos lateríticos (NOGAMI e
VILLIBOR, 1995)
206
FIG. 7.19 Aspecto geral da pista, após 7 dias.
CONCLUSÃO:
Pela ausência de controle laboratorial mais apurado, o experimento não
serviu como critério quantitativo de avaliação da execução do solo-emulsão.
Entretanto, considera-se que a pista foi um sucesso do ponto de vista do
treinamento de uma equipe que nunca havia aplicado uma técnica semelhante,
além de entender a “dimensão” dos problemas ao sair da escala de laboratório
para a escala de campo.
Como já observado no capítulo 4, o solo-emulsão tem melhor desempenho
para solos granulares. A respeito disso, MATTOS et al. (1991) concluiram que
“somente os solos arenosos são estabilizáveis com emulsão asfáltica”. O autor
deste trabalho acredita que a estabilização de solos mais finos, como foi o caso
do experimento, é possível, mas deve ser cuidadosamente avaliada se é viável
gastar uma quantidade grande de estabilizante para que o resultado seja
satisfatório, além das condições operacionais de aplicação e principalmente de
mistura serem mais difíceis.
Caso só se tenha este solo disponível pode-se fazer uma combinação de
207
tratamentos, por exemplo, solo-cal-emulsão ou solo-cimento-emulsão, ou ainda
a combinação de uma estabilização granulométrica com emulsão asfáltica.
Neste trabalho, não se obteve uma mistura homogênea entre solo e
emulsão, mesmo com quatro passadas da grade de discos por aplicação.
Devem ser buscadas alternativas como o pulvimisturador ou outro equipamento
adaptado que possibilite uma mistura mais íntima entre esses produtos ou em
obras menores até o uso de grades agrícolas de menor produtividade, mas às
vezes mais eficiente, como utilizado por MOREIRA (2006).
O controle de umidade, tal como na compactação de solos puros, deve ser
feita com cuidado por parte do executante. Por precaução, a cada aplicação e
mistura de emulsão, deve ser feito uma medição de umidade pelo Speedy.
As FIG 7.20 a 7.22 mostra uma evolução da pista feita sob um mesmo
ângulo: com idades respectivas de algumas horas após à compactação, uma
semana após à compactação e dois meses após a compactação.
FIG.
7.20 Aspecto comparativo da pista, logo após a compactação.
208
FIG. 7.21 Aspecto comparativo da pista, após 7 dias.
FIG. 7.22 Aspecto comparativo da pista, após 2 meses.
209
7.2 ROTEIRO PARA UMA APLICAÇÃO DE CAMPO
210
Com o intuito de apresentar uma sugestão de dosagem para execução do
solo-emulsão em campo, é apresentado uma seqüência de execução tendo por
base a estrutura mostrada na FIG 7.23
FIG. 7.23 Estrutura - exemplo.
Para isso foram consideradas as seguintes premissas para este exemplo:
• Sub-Leito: Solo A;
• Base: Solo A, estabilizado com emulsão asfáltica RL-1C;
• Imprimação: CM-30;
• Revestimento primário: Tratamento anti-pó.
Seja estabilizar uma base de 10 centímetros, com o Solo A, de uma via
com 100 metros de pista e 7 metros de plataforma.
O primeiro passo é a dosagem em laboratório. Por exemplo, para o solo A
deste estudo, de acordo com a FIG 4.5, o teor de 2% RL-1C leva o solo à RCS
máxima, sendo por isto escolhido. A umidade ótima é de 12%.
Supõe-se que a caracterização da emulsão RL-1C em campo mostre que o
ligante possui 62% de CAP. Supõe-se também que o Solo A seja encontrado
na jazida com uma umidade de 5%, tem-se que o volume de solo a ser
estabilizado (produto de 100m por 7m por 10 centímetros) é de 70 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:
211
∆h = 12 % (umidade ótima) – 5 % (umidade natural) = 7 %.
P
a
= 133000 kg X 0,07 = 9310 kg (água total a acrescentar)
Em= 133000 kg X 0,02 = 2660 kg emulsão a ser acrescentada.
A diluição é uma parte de emulsão para uma parte de água: isso leva a
2660 kg de água que deve ser acrescentada à emulsão antes da aplicação na
pista. Esta água é a água de diluição.
Para cálculo da água de compactação, a ser acrescentada ao solo antes
da adição da emulsão diluída, é preciso calcular a água contida na emulsão.
Essa quantidade é obtida através de ensaios de resíduo da destilação ou de
resíduo por aquecimento. Como a emulsão possui 38% de água, deduz-se que
2660 kg de emulsão contêm 1011 kg de água.
Assim, o distribuidor de asfalto deverá ser cheio com 2660 kg de água e
2660 kg de emulsão, totalizando 5320 kg de emulsão diluída.
Deduzindo-se a água já contida (5% de umidade quando o solo é
encontrado na jazida) e a água de diluição a ser acrescentada na emulsão,
tem-se a seguinte quantidade de água a ser acrescentada ao solo antes de se
acrescentar o ligante na massa de solo:
P
comp
= 9310 kg – 2660 – 1011 = 5639 kg água
A umidade onde a emulsão diluída deve ser acrescentada ao solo, é dada
pela soma da água já contida no solo por ocasião de sua exploração com a
água encontrada anteriormente:
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:
%14%5)
133000
26609310
(
sec
=+
+
=
+
=
osolo
emulsãoágua
F
212
Para um segundo exemplo, será repetido o mesmo caso, mas com o teor
de 4% RL-1C sendo acrescentado ao solo. Assim, a quantidade de emulsão a
ser acrescentada é dada por:
Em= 133000 kg X 0,04 = 5320 kg emulsão a ser acrescentada.
Consequentemente deverão ser acrescentados 5320 kg de água à
emulsão. A água já contida na emulsão pura - 38% de 5320 kg – é de 2022 kg
de água. O distribuidor de asfalto deverá ser cheio então com 5320 kg de
emulsão e 5320 kg de água, totalizando 10640 kg de emulsão diluída.
Deduzindo-se a água já contida (5% de umidade quando o solo é
encontrado na jazida) e a água de diluição a ser acrescentada na emulsão,
tem-se a seguinte quantidade de água a ser acrescentada ao solo antes de se
acrescentar o ligante na massa de solo, neste novo caso.
P
comp
= 9310 kg – 5320 – 2022 = 1938 kg água
A umidade onde a emulsão diluída deve ser acrescentada ao solo, é dada
pela soma da água já contida no solo por ocasião de sua exploração com a
água encontrada anteriormente:
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:
%16%5)
133000
53209310
(
sec
=+
+
=
+
=
osolo
emulsãoágua
F
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
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.
214
7.3 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE MÓDULO DE RESILIÊNCIA DE
SOLOS
215
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
Solo A puro Solo A + 2 % RL Solo A + 4 % RL
Solo A + 6 % RL Solo A + 8 % RL Solo A 7 dias
216
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (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
100
1000
0,1 1
θ
(MPa)
MR (MPa)
Solo A puro Solo A + 2 % RL Solo A + 4 % RL
Solo A + 6 % RL Solo A + 8 % RL Solo A 7 dias
218
A PURO A 7 DIAS PURO
A + 2 % RL – 7 DIAS A + 4 % RL – 7 DIAS
A + 6 % RL – 7 DIAS A + 8 % RL – 7 DIAS
219
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
Solo A puro Solo A + 2 % RM Solo A + 4 %RM
Solo A + 6 % RM Solo A + 8 % RM Solo A 7 dias
220
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (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
100
1000
0,1 1
θ
(MPa)
MR (MPa)
Solo A puro Solo A + 2 % RM Solo A + 4 %RM
Solo A + 6 % RM Solo A + 8 % RM Solo A 7 dias
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
223
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
Solo A puro Solo A + 2 % RL Solo A + 4 % RL
Solo A + 6 % RL Solo A + 8 % RL Solo A 28 dias
224
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (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
100
1000
0,1 1
θ
(MPa)
MR (MPa)
Solo A puro Solo A + 2 % RL Solo A+ 4 % RL
Solo A + 6 % RL Solo A + 8 % RL Solo A 28 dias
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
227
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (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
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (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
100
1000
0,1 1
θ
(MPa)
MR (MPa)
Solo A puro Solo A + 2 % RM Solo A + 4 % RM
Solo A + 6 % RM Solo A + 8 % RM Solo A 28 dias
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
231
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B + 4 % RL
Solo B + 6 % RL Solo B + 8 % RL Solo B 7 dias
232
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (MPa)
Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B + 4 % RL
Solo B + 6 % RL Solo B + 8 % RL Solo B 7 dias
233
100
1000
0,1 1
θ
(MPa)
MR (MPa)
Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B + 4 % RL
Solo B + 6 % RL Solo B + 8 % RL Solo B 7 dias
234
B PURO B 7 DIAS PURO
B + 2 % RL – 7 DIAS B + 4 % RL – 7 DIAS
B + 6 % RL – 7 DIAS B + 8 % RL – 7 DIAS
235
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
Solo B puro Solo B + 2 % RM Solo B + 4 % RM
Solo B + 6 % RM Solo B + 8 % RM Solo B 7 dias
236
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (MPa)
Solo B puro Solo B + 2 % RM Solo B + 4 % RM
Solo B + 6 % RM Solo B + 8 % RM Solo B 7 dias
237
100
1000
0,1 1
θ (MPa)
MR (MPa)
Solo B puro Solo B + 2 % RM Solo B + 4 % RM
Solo B + 6 % RM Solo B + 8 % RM Solo B 7 dias
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
239
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B + 4 %RL Solo B + 6 %RL
Solo B+ 8 % RL Solo B 28 dias
240
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (MPa)
Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B+ 4 % RL Solo B + 6 % RL
Solo B + 8 % RL Solo B 28 dias
241
100
1000
0,1 1
θ
(MPa)
MR (MPa)
Solo B puro Solo B + 2 % RL Solo B+ 4 % RL Solo B + 6 % RL
Solo B + 8 % RL Solo B 28 dias
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
243
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (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
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (MPa)
Solo B puro Solo B + 2 %RM Solo B+ 4 % RM Solo B +6%RM
Solo B + 8%RM Solo B 28 dias
245
100
1000
0,1 1
θ
(MPa)
MR (MPa)
Solo B puro Solo B + 2 %RM Solo B+ 4 % RM Solo B +6%RM
Solo B + 8%RM Solo B 28 dias
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
247
100
1000
0,01 0,1 1
σ
3
(MPa)
MR (MPa)
Solo C puro Solo C + 2 % RL Solo C + 4 % RL
Solo C + 6 % RL Solo C + 8 % RL Solo C 7 dias
248
100
1000
0,01 0,1 1
σ
d
(MPa)
MR (MPa)
Solo C puro Solo C + 2 % RL Solo C + 4 % RL
Solo C + 6 % RL Solo C + 8 % RL Solo C 7 dias
249
100
1000
0,1 1
θ
(MPa)
MR (MPa)
Solo C puro Solo C + 2 % RL Solo C + 4 % RL Solo C + 6 % RL
Solo C + 8 % RL Solo C 7 dias
250
C PURO C 7 DIAS PURO
C + 2 % RL – 7 DIAS C + 4 % RL – 7 DIAS
C + 6 % RL – 7 DIAS C + 8 % RL – 7 DIAS
251
7.4 RESULTADOS DAS PLANILHAS DE ANÁLISE MECANÍSTICA
REALIZADAS PELO FEPAVE2
252
COPPE - UFRJ
Planilha FEPAVE
Por Filipe Franco em 6/Maio/2004
Dados Principais
PROJETO:
Estrutura I
ANÁLISE:
Modo Determinístico
TENSÕES GRAVS:
Não Considerar
UNIDADES: kgf, m, MPa
SIMULAÇÃO #:
Realizada em 10 dez 2006 às 10:08:01h - FEPAVE - Proj0047
TEMPO PROC: 2,70 seg
Estrutura
CAMADA ESPESSURA m DENSIDADE kgf/cm³ POISSON MODELO K1 K2 K3 K4 MÓDULO MPa
1 0,02 0 0 30000 500
2 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0
Carregamento
Tipo:
Eixo Rodoviário Padrão
Pressão de Contato da Carga:
0,56
MPa
Raio da Área de Contato:
0,108
m
Resumo dos Resultados de Tensões e Deformações
Deflexão:
-39,02965
centésimo de mm
Deformação Específica de Tração:
-0,0005097
Diferença de Tensões no Revestimento:
0,2529171
MPa
Tensão Vertical no Subleito:
0,5772837
MPa
Tensão no Revestimento:
0,3281538
MPa
Tensão Vertical - 2 Rodas 0,5811 0,031 MPa
253
COPPE - UFRJ
Planilha FEPAVE
Por Filipe Franco em 6/Maio/2004
Dados Principais
PROJETO:
Estrutura II - 5 cm de base de solo-emulsão
ANÁLISE:
Modo Determinístico
TENSÕES GRAVS:
Não Considerar
UNIDADES: kgf, m, MPa
SIMULAÇÃO #:
Realizada em 10 dez 2006 às 10:06:28h - FEPAVE - Proj0046
TEMPO PROC:
7,30 seg
Estrutura
CAMADA ESPESSURA m DENSIDADE kgf/cm³ POISSON MODELO K1 K2 K3 K4 MÓDULO MPa
1 0,02 0 0 30000 500
2 0,05 0 0 7 628 0,2 -0,23 0 0
3 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0
Carregamento
Tipo:
Eixo Rodoviário Padrão
Pressão de Contato da Carga:
0,56
MPa
Raio da Área de Contato:
0,108
m
Resumo dos Resultados de Tensões e Deformações
Deflexão:
-36,27072
centésimo de mm
Deformação Específica de Tração:
-0,0006132
Diferença de Tensões no Revestimento:
0,2572455
MPa
Tensão Vertical no Subleito:
0,3958803
MPa
Tensão no Revestimento:
0,3567908
MPa
Tensão Vertical - 2 Rodas 0,40093 0,1393 MPa
254
COPPE - UFRJ
Planilha FEPAVE
Por Filipe Franco em 6/Maio/2004
Dados Principais
PROJETO:
Estrutura II - 10 cm de base de solo-emulsão
ANÁLISE: Modo Determinístico
TENSÕES GRAVS:
Não Considerar
UNIDADES:
kgf, m, MPa
SIMULAÇÃO #: Realizada em 10 dez 2006 às 10:05:46h - FEPAVE - Proj0045
TEMPO PROC:
3,12 seg
Estrutura
CAMADA ESPESSURA m DENSIDADE kgf/cm³ POISSON MODELO K1 K2 K3 K4 MÓDULO MPa
1 0,02 0 0 30000 500
2 0,1 0 0 7 628 0,2 -0,23 0 0
3 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0
Carregamento
Tipo:
Eixo Rodoviário Padrão
Pressão de Contato da Carga:
0,56
MPa
Raio da Área de Contato:
0,108
m
Resumo dos Resultados de Tensões e Deformações
Deflexão:
-32,36611
centésimo de mm
Deformação Específica de Tração:
-0,0005509
Diferença de Tensões no Revestimento:
0,2573644
MPa
Tensão Vertical no Subleito:
0,249417
MPa
Tensão no Revestimento:
0,2984596
MPa
Tensão Vertical - 2 Rodas 0,2722 0,1473 MPa
255
COPPE - UFRJ
Planilha FEPAVE
Por Filipe Franco em 6/Maio/2004
Dados Principais
PROJETO:
Estrutura II - 15 cm de base com solo-emulsão
ANÁLISE:
Modo Determinístico
TENSÕES GRAVS:
Não Considerar
UNIDADES:
kgf, m, MPa
SIMULAÇÃO #:
Realizada em 10 dez 2006 às 10:04:07h - FEPAVE - Proj0044
TEMPO PROC:
3,38 seg
Estrutura
CAMADA ESPESSURA m DENSIDADE kgf/cm³ POISSON MODELO K1 K2 K3 K4 MÓDULO MPa
10,020030000500
2 0,15 0 0 7 628 0,2 -0,23 0 0
3 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0
Carregamento
Tipo:
Eixo Rodoviário Padrão
Pressão de Contato da Carga:
0,56
MPa
Raio da Área de Contato:
0,108
m
Resumo dos Resultados de Tensões e Deformações
Deflexão:
-28,99456
centésimo de mm
Deformação Específica de Tração:
-0,0004672
Diferença de Tensões no Revestimento:
0,3110772
MPa
Tensão Vertical no Subleito:
0,1680388
MPa
Tensão no Revestimento:
0,2633148
MPa
Tensão Vertical - 2 Rodas 0,255428 0,1396 MPa
256
COPPE - UFRJ
Planilha FEPAVE
Por Filipe Franco em 6/Maio/2004
Dados Principais
PROJETO:
Estrutura III - 5 cm revestimento primário com solo-emulsão
ANÁLISE:
Modo Determinístico
TENSÕES GRAVS:
Não Considerar
UNIDADES:
kgf, m, MPa
SIMULAÇÃO #: Realizada em 10 dez 2006 às 10:30:16h - FEPAVE - Proj0052
TEMPO PROC: 3,05 seg
Estrutura
CAMADA ESPESSURA m DENSIDADE kgf/cm³ POISSON MODELO K1 K2 K3 K4 MÓDULO MPa
10,050030000704
2 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0
Carregamento
Tipo:
Eixo Rodoviário Padrão
Pressão de Contato da Carga:
0,56
MPa
Raio da Área de Contato:
0,108
m
Resumo dos Resultados de Tensões e Deformações
Deflexão:
-37,15065
centésimo de mm
Deformação Específica de Tração:
0,0002435
Diferença de Tensões no Revestimento:
0,5366182
MPa
Tensão Vertical no Subleito:
0,4403659
MPa
Tensão no Revestimento:
-0,0683826
MPa
Tensão Vertical - 2 Rodas 0,443 0,1275 MPa
257
COPPE - UFRJ
Planilha FEPAVE
Por Filipe Franco em 6/Maio/2004
Dados Principais
PROJETO:
Estrutura III - 10 cm revestimento primário com solo-emulsão
ANÁLISE:
Modo Determinístico
TENSÕES GRAVS:
Não Considerar
UNIDADES:
kgf, m, MPa
SIMULAÇÃO #: Realizada em 10 dez 2006 às 10:32:33h - FEPAVE - Proj0053
TEMPO PROC: 3,21 seg
Estrutura
CAMADA ESPESSURA m DENSIDADE kgf/cm³ POISSON MODELO K1 K2 K3 K4 MÓDULO MPa
1 0,1 0 0 30000 704
2 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0
Carregamento
Tipo:
Eixo Rodoviário Padrão
Pressão de Contato da Carga:
0,56
MPa
Raio da Área de Contato:
0,108
m
Resumo dos Resultados de Tensões e Deformações
Deflexão:
-33,03263
centésimo de mm
Deformação Específica de Tração:
0,0002625
Diferença de Tensões no Revestimento:
0,4372723
MPa
Tensão Vertical no Subleito:
0,2632497
MPa
Tensão no Revestimento:
-0,1476855
MPa
Tensão Vertical - 2 Rodas 0,27402 0,1532 MPa
258
COPPE - UFRJ
Planilha FEPAVE
Por Filipe Franco em 6/Maio/2004
Dados Principais
PROJETO:
Estrutura III - 15 cm revestimento primário com solo-emulsão
ANÁLISE:
Modo Determinístico
TENSÕES GRAVS:
Não Considerar
UNIDADES:
kgf, m, MPa
SIMULAÇÃO #:
Realizada em 10 dez 2006 às 10:33:47h - FEPAVE - Proj0054
TEMPO PROC:
3,22 seg
Estrutura
CAMADA ESPESSURA m DENSIDADE kgf/cm³ POISSON MODELO K1 K2 K3 K4 MÓDULO MPa
1 0,15 0 0 30000 704
2 4,32 0 0 7 354 0,35 -0,23 0 0
Carregamento
Tipo:
Eixo Rodoviário Padrão
Pressão de Contato da Carga:
0,56
MPa
Raio da Área de Contato:
0,108
m
Resumo dos Resultados de Tensões e Deformações
Deflexão:
-29,05778
centésimo de mm
Deformação Específica de Tração:
0,0002075
Diferença de Tensões no Revestimento:
0,3136038
MPa
Tensão Vertical no Subleito:
0,1703096
MPa
Tensão no Revestimento:
-0,1219858
MPa
Tensão Vertical - 2 Rodas 0,19256 0,1387 MPa
259
7.5 PORTOFLIO DE FOTOGRAFIAS DE MEV REALIZADAS NESTE
TRABALHO
260
261
262
263
264
8 ANEXO
265
8.1 RESUMO DOS PRINCIPAIS TRABALHOS APRESENTADOS SOBRE
SOLO-EMULSÃO
266
17° RAPv 18° RAPv 18° RAPv 23° RAPv
1982 1983 1983 1988
Ensaios realizados e parâmetros
principais de análise de resistência Compactação; RCS; RTI Compactação; RCS Ensaios triaxiais estáticos UU
Principalmente, ensaios de
CBR
Autor da pesquisa LUCENA et al.(1982)
Solo utilizado
Emulsão utilizada
Título do artigo
"Uso de emulsão catiônica na
estabilização de solos lateríticos"
Publicação em:
Utilização de estufa para simulação de
ruptura de emulsão??
Procedimento de mistura
Procedimento de cálculo dos materiais
Moldagem do corpo de prova
Teores de emulsão ensaiados ( além do
teor de 0 % de emulsão)
Tempo entre a mistura e a
compactação ( secagem ao ar)
Tempo entre a compactação e a ruptura
Corpo de prova utilizado e tipo de
compactação
4 tipos de solos lateríticos: 1
granular e três plásticos
2 tipos de RM-1C de viscosidades
diferentes
Proctor normal de diâmetro de 10
cm e alturas de 13 e 20 cm
Em relação ao peso seco de solo
2, 4, 6 % em relação ao peso seco
de solo
Compactação imediata após
mistura
Ruptura do corpo de prova após 7
dias de compactado
Não
Homogeneização do solo; Adição de
água à emulsão na proporção de 1:1
antes da mistura ao solo; Adição de
uma parte da água de moldagem ao
solo antes da adição da emulsão;
Adição da emulsão ao solo em duas
ou três vezes, até atingir uma
massa homogênea.
2,4,6 e 8 % para RCS; 2 e 4 % para
os RTI
Compactação imediata após mistura
Ruptura do corpo de prova após 7
dias de compactado
Não
MOMM (1983)
"Uso de emulsão catiônica na
estabilização de solos"
Solo arenoso fino, classificado
como A-3
Não descrita
Proctor Modificado com CP de 5 x
10 cm diâmetro
5 teores de umidade de moldagem
para cada teor de emulsão; 5 CP
para cada teor de umidade;
4 teores de umidade de moldagem
para cada teor de emulsão; 3 CP
para cada teor de umidade;
Homogeneização do solo com
água até a umidade determinada;
Adiciona-se emulsão e
homogeniza-se manualmente,
para em seguida ocorrer a
compactação do CP
Um A-2-4 e um A-7-6
Em relação ao peso seco de solo
Envoltória de ruptura com
pressões de 0,200 e 400 Kpa; 4
CP para cada teor de emulsão;
2 e 4 %.
Compactação imediata após
mistura
Ruptura do corpo de prova após
7 dias de compactado
Não
2 tipos de RM-1C de
viscosidades diferentes
Proctor Normal e moldados
para ensaios triaxiais estáticos
"Propriedades de resistência ao
cisalhamento de solos
lateríticos estabilizados com
emulsão catiônica RM-1C"
"Estabilização de solos com
betume - técnicas de execução"
GUARÇONI et al. (1988)ARAÚJO et al.(1983)
RM- 1C. Optou-se por se usar
também somente a solução
5 solos plásticos lateríticos
Moldagem na umidade ótima
de cada teor de mistura solo-
emulsão;
Compactação imediata após
mistura
Proctor Normal
2,4,6,8,10,12,14 e 15 % de
emulsão e de solução aquosa
Em alguns casos, ruptura
imediata; em outros, ruptura
após 7 dias de compactado
Em relação ao peso seco de
solo
Em relação ao peso seco de
solo
Homogeneização do solo;
Adição de água à emulsão;
Mistura da emulsão ao solo até
homogeneizar; Antes da
moldagem o material era posto
em um recipiente coberto por
alguns minutos; Não descrito
Sim, em alguns casos. Em
outros, o CP era submetido a
perda controlada de umidade
267
25 RAPv 25° RAPv 26° RAPv
36° RAPv
1991 1991 1992
2005
Ensaios realizados e parâmetros
principais de análise de resistência
Principalmente, ensaios de
CBR
Compactação; RCS, e ensaios de
desgaste Compactação e RCS, Compactação e RCS,
Homogeneização do solo;
Adição de água à emulsão;
Mistura da emulsão ao solo até
homogeneizar; Até a
compactação, o solo solto era
posto ao ar para cura;
Embora não relatado, deve ter
havido: homogeneização do solo,
adição de água à emulsão e
mistura da emulsão ao solo até
homogeneizar;
Sim; A outra metade dos CP foi
posto em estufa à 40° C até
secagem completa
Em relação ao peso seco de solo Em relação ao peso seco de solo
2,4,6 e 8 %
Na metade dos CP a ruptura foi
imediata, logo após a
compactação;
Ruptura do corpo de prova após 7
dias de compactado
Sim; A outra metade dos CP foi
posto em estufa à 40° C até
secagem completa Não
5,7e 9 %
Homogeneização de 1,2, 3 e 4
horas
Homogeneização de 1,2, 3 e 4
horas
Um solo A-2-4 granular
Uma areia argilosa laterítica e
uma areia pura
RL-1C RL-1C
Proctor Normal com CP de 10 x
20 cm diâmetro
Proctor Normal com CP de 10 x
20 cm diâmetro
Moldagem na umidade ótima de
cada teor de mistura solo-
emulsão;
Moldagem em quatro umidades
de cada teor de mistura solo-
emulsão, além da umidade ótima;
Em relação ao peso seco de solo
Em relação ao peso seco de
solo
Compactação imediata após
mistura
Muitos casos e
experimentos com ruptura
imediata e após 7 dias de
Sim, em alguns casos. Em
outros, o CP era submetido
a perda controlada de
umidade
Não descrito
Compactação imediata após
mistura. Homogeneização de 2
horas para os corpos de CBR
Homogeneização do solo; Adição
de água à emulsão; Mistura da
emulsão ao solo até
homogeneizar;
Na metade dos CP a ruptura foi
imediata, logo após a
compactação;
Moldagem na umidade
ótima de cada teor de
mistura solo-emulsão;
Moldagem na umidade ótima de
cada teor de mistura solo-emulsão;
2,4,6,8,10% de emulsão e
de solução aquosa 2, 3, 4, 5, 6 e 7 %
Solos arenosos e argilosos
Um solo A-2-4 granular e um A-7-5
plástico
RM-1C e RL-1C RL-1C
Proctor normal
Proctor Normal com CP de 10 x 20
cm diâmetro
CARVALHO et al.(1992) JACINTHO et al.(2005)
"Estudo experimental de
laboratório de solos estabilizados
com betume"
"Uma análise de desgaste e de
resistência à compressão
simples - mistura solo-betume"
"Influência das propriedades
físicas, químicas e mineralógicas
do solo no comportamento de
misturas solo-emulsão"
MATTOS et al. (1991) BUENO et al.(1991)
"Estabilização de solo com
betume"
Corpo de prova utilizado e tipo de
compactação
Procedimento de cálculo dos materiais
Moldagem do corpo de prova
Teores de emulsão ensaiados ( além do
teor de 0 % de emulsão)
Tempo entre a mistura e a
compactação ( secagem ao ar)
Tempo entre a compactação e a ruptura
Utilização de estufa para simulação de
ruptura de emulsão??
Procedimento de mistura
Autor da pesquisa
Solo utilizado
Emulsão utilizada
Título do artigo
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