Pesquisa SOLO – Emulsão

Mais um fruto da parceria entre a GRECA Asfaltos e LAPAV (Laboratório de Pavimentação – Escola de Engenharia – UFRGS) foi conduzida uma pesquisa sobre o tema solo-emulsão. Este trabalho gerou um artigo apresentado no 18º CILA (Congresso Ibero Latino Americano de Asfalto). Com o titulo “Estabilização de solos com emulsão asfáltica para emprego em pavimentação”. Veja a continuação do artigo já veiculado na edição anterior, abaixo:
Agradecimentos: Jorge Augusto Ceratti, Daniel Martel e Lysiane Pacheco. Equipe de técnicos do Laboratório de Pavimentação da UFRGS – LAPAV. Engº Wander Omena Gerente de Pesquisa e Desenvolvimento da GRECA ASLFALTOS.
1 | INTRODUÇÃO
A estabilização de solos com emulsões asfálticas, com objetivo de emprego em bases e sub-bases de pavimentos é uma técnica empregada desde meados dos anos 1930. Assim como outros tipos de estabilização, visa aproveitar material disponível no local da obra, melhorando sua capacidade estrutural e reduzindo a sua permeabilidade.
Em termos nacionais, o emprego desta técnica tem sido pontual e espaçado por longos intervalos de tempo. Destaca-se um trecho experimental de 4,3 km executado em Minas Gerais, com o intuito de testar métodos executivos de mistura, cura, espalhamento e compactação de uma base de solo-emulsão.
Nos últimos anos, vários trabalhos acadêmicos abordaram este tipo de estabilização que é bastante utilizada na República Sul Africana, país com características de solos, geologia e clima semelhantes às ocorrentes na Região Sul do Brasil.
1.1 | JUSTIFICATIVA
O crescimento exponencial do tráfego rodoviário nos últimos anos, especialmente de veículos de carga, tem estimulado o estudo e a aplicação de novos materiais e técnicas que contribuam para uma maior durabilidade e um melhor desempenho dos pavimentos.
No Sul do Brasil os pavimentos flexíveis são geralmente constituídos por camadas asfálticas executadas sobre bases e sub-bases granulares. Este tipo de estrutura nem sempre tem um comportamento estrutural adequado, geralmente devido à elevada deformabilidade das camadas granulares. Retroanálises
de bacias defletométricas têm mostrado que os módulos de elasticidade in situ dessas camadas são bastante baixos, com valores que variam entre 100 e 200 MPa, o que aumenta a tensão de tração e, por conseqüência, a deformação de extensão atuante na fibra inferior da camada asfáltica sobrejacente.
Cientes desta deficiência das camadas granulares, os projetistas têm dimensionado pavimentos com espessas camadas de misturas asfálticas o que, além de encarecer a obra, nem sempre conduz a um desempenho adequado. Mais racional parece a tentativa de se melhorar as características mecânicas das camadas de base e sub-base e, neste sentido, tem-se experimentado no País, embora de forma discreta, diversas técnicas de estabilização, como solo-cimento, BGTC (brita graduada tratada com cimento), areia-asfalto, etc. Como já exposto, há poucos registros de estabilização com emulsões no território nacional. Este fato por si só já justificaria a realização da pesquisa proposta.
Acrescente-se o fato do País ser um produtor de petróleo, com reservas enormes desta fonte de energia como mostra a recente descoberta da camada pré-sal.
As emulsões asfálticas são, entre os ligantes asfálticos, as que menores danos causam ao meio ambiente e seu emprego tende a crescer em virtude das restrições ambientais a outros tipos de ligantes, como os asfaltos diluídos.
A estabilização de solos e agregados com emulsões pode gerar bases e sub-bases de comportamento superior, especialmente em termos de deformabilidade e de resistência aos efeitos deletérios da água, conduzindo a um desempenho superior de pavimentos, com reflexos econômicos ao longo do ciclo de vida. Por aproveitar materiais locais, dispensa a exploração de jazidas, minimizando novamente os impactos ambientais. Pode ser considerada uma técnica que contribui para o desenvolvimento sustentável.
1.2 | OBJETIVOS
O objetivo geral da pesquisa proposta é avaliar o comportamento mecânico, em termos de resistência, deformabilidade e durabilidade, de misturas solo-emulsão para emprego em bases de pavimentos na Região Sul do País.
Os objetivos específicos são:
a) caracterizar e conhecer o comportamento mecânico dos solos a serem estabilizados, através de ensaios de granulometria, limites de consistência, compactação, Índice de Suporte Califórnia (ISC), módulo de resiliência;
b) caracterização da emulsão asfáltica empregada;
c) avaliar as propriedades de resistência, deformabilidade e durabilidade das misturas solo-emulsão, curadas durante 0, 7, 14 e 28 dias;
d) identificar campos de pesquisa complementares.
1.3 | RESULTADOS ESPERADOS
Espera-se que os resultados obtidos na pesquisa permitam a produção futura, em escala industrial, de misturas solo-emulsão de qualidade superior aos materiais granulares atualmente empregados em bases e sub-bases de pavimentos. Dessa maneira, estará propiciando uma melhor relação custo/benefício,
devido ao melhor desempenho do pavimento e, ao mesmo tempo, contribuindo para a melhoria da qualidade do meio ambiente.
2 | EMULSÃO ASFÁLTICA
2.1 | CONSIDERAÇÕES INICIAIS

O asfalto é um dos mais antigos materiais de construção utilizados pelo homem. Sua lista de aplicações é bastante extensa, sendo utilizado em atividades que vão desde agricultura até a indústria. Entretanto, seu uso em pavimentação pode ser citado como um dos mais importantes, haja vista que na maioria dos países a pavimentação asfáltica é a principal forma de revestimento de suas rodovias.
Bernucci et al. (2006) citam que há várias razões para o uso intensivo do asfalto em pavimentação, sendo as principais:
a) proporciona forte união dos agregados, agindo como um ligante que permite flexibilidade controlável;
b) é impermeabilizante, durável e resistente à ação da maioria dos ácidos, álcalis e sais.
Entre os principais ligantes asfálticos utilizados atualmente no mercado brasileiro podemos citar os cimentos asfálticos de petróleo (CAP), os asfaltos diluídos, as emulsões asfálticas e os asfaltos modificados por polímero.
O CAP é um ligante betuminoso oriundo da destilação do petróleo, sendo os demais ligantes asfálticos obtidos através de sua manipulação. No caso do asfalto diluído, é acrescentado algum tipo de solvente para diluição do CAP convencional. Em se tratando de emulsões asfálticas, o agente diluídor é a água.
Segundo a ABEDA (2001), uma das principais dificuldades encontradas pelos técnicos, em especial àqueles que se dedicam à construção de vias geridas por órgãos ou comunidades de baixo poder financeiro, é a produção de misturas asfálticas a quente, pelo fato de a mesma requerer o aquecimento dos
componentes para mistura com o CAP em aquecedores, acarretando em maiores custos de utilização que, na maioria das vezes, os recursos disponíveis.
Nesse sentido, uma alternativa encontrada ainda no começo do século passado mas que somente a partir da década de 50 passou a fazer parte do dia-a-dia dos técnicos, é a emulsão asfáltica produzida através da emulsificação do CAP. Dada as suas características de manuseio a temperatura ambiente
e a versatilidade como pode ser utilizada na produção de materiais básicos para camada de rolamento, revestimento impermeabilizante, rejuvenescimento de estrutura de pavimento, camada intermediária em revestimentos asfálticos espessos e pintura de ligação, associadas à facilidade como pode ser armazenada, faz com que a emulsão asfáltica se torne uma excelente alternativa para a pavimentação urbana e rural (ABEDA , 2001).
Nos itens a seguir serão apresentados alguns aspectos como definição, processo de fabricação, classificação e os ensaios mais correntes para caracterização das emulsões asfálticas.
2.2 | DEFINIÇÃO
Uma emulsão asfáltica pode ser definida como uma dispersão estável de dois ou mais líquidos imiscíveis. No caso da emulsão os dois líquidos são o asfalto e a água (BERNUCCI ET AL., 2006).
Os autores referem que uma emulsão asfáltica representa uma classe particular de emulsão óleo-água na qual a fase óleo tem uma viscosidade elevada e os dois materiais não formam uma emulsão por simples mistura dos dois componentes, sendo necessária a utilização de um produto auxiliar para manter a emulsão estável. O produto, chamado agente emulsificante, é uma substância que reduz a tensão superficial, o que permite que os glóbulos de asfalto permaneçam em suspensão na água por algum tempo, evitando a aproximação entre as partículas e sua posterior coalescência.
ABEDA 2001 refere que uma emulsão pode ser definida como a dispersão de pequenas partículas de um líquido num outro líquido. Assim, a emulsão pode ser formada por dois líquidos não miscíveis onde geralmente a fase contínua é a água.
Segundo os autores, as emulsões asfálticas são misturas de cimento asfáltico dispersos na fase água produzidas, normalmente, através de um processo mecânico em equipamentos de alta capacidade de cisalhamento, denominados moinhos coloidais. Utilizam-se da ordem de 33 a 42% de água com cimento asfáltico juntamente com agentes emulsificantes para que a mistura possa ter estabilidade ao bombeamento, transporte e armazenamento em temperatura ambiente.
Descreve-se a seguir o processo empregado na fabricação das emulsões asfálticas
2.2 | PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA EMULSÃO ASFÁLTICA
Durante o processo de emulsificação, é necessário que se promova a quebra do cimento asfáltico (CAP) em partículas micrométricas (entre e 1 e 20 μm) e que o mesmo fique disperso no meio aquoso.
Segundo ABEDA 2001, para promover o cisalhamento do CAP é aplicada energia térmica e mecânica, através do moinho coloidal. Normalmente, o cimento asfáltico é aquecido a uma temperatura que varia entre 140 e 145°C e a fase água, a uma temperatura que varia entre 50 e 60°C, na qual já se encontram previamente dissolvidos os agentes emulsificantes, cujo principal propósito é evitar que as partículas de asfalto se aglomerem, mantendo
as duas fases em equilíbrio durante um período de tempo que pode variar de algumas semanas a alguns meses. A figura 2.1 apresenta um moinho coloidal utilizado na fabricação de emulsões asfálticas.

2.3 | CLASSIFICAÇÃO DAS EMULSÕES ASFÁLTICAS
As emulsões asfálticas são classificadas basicamente em função do tempo necessário para que ocorra a ruptura do ligante asfáltico, do teor de ligante existente na mesma e na sua carga iônica.
Segundo a ABEDA 2001, uma emulsão asfáltica pode ser do tipo rápida, designada pela letra R, quando sua ruptura ocorre imediatamente ou em pouco tempo após seu contato com o agregado. Ruptura média, designada pela letra M, quando esse tempo de exposição é maior que o anterior, podendo ser misturada com agregados isentos de pó. Quando a ruptura ocorre em um período prolongado em relação aos outros dois tipos, a emulsão é dita de ruptura lenta, designada pela letra L, podendo ser misturada com agregados em presença de material fino.
Seguindo o exposto acima, tem-se então a seguinte nomenclatura quanto à classificação das emulsões asfálticas:
a) RR: emulsão de ruptura rápida;
b) RM: emulsão de ruptura média;
c) RL: emulsão de ruptura lenta.
Os agentes emulsificantes utilizados na fabricação das emulsões conferem as mesmas cargas elétricas que podem ser positivas, negativas ou neutras. Dessa maneira, existe outra forma de se classificar as emulsões asfálticas:
a) aniônica: quando os glóbulos de asfalto possuírem carga negativa;
b) catiônica: quando os glóbulos de asfalto possuírem carga positiva;
c) não iônica: quando os glóbulos de asfalto não possuírem carga.
Dependendo da quantidade de cimento asfáltico envolvido na fabricação das emulsões, elas podem se classificar em 1C e 2C, onde a terminologia C indica emulsão do tipo catiônica e os números 1 e 2 estão associados à viscosidade relativa e quantidade de cimento asfáltico empregado na fabricação (ABEDA , 2001). O número 2 indica emulsões com maior viscosidade e maior quantidade de cimento asfáltico na sua composição do que as emulsões denominadas número 1.
Na engenharia rodoviária, existem diversas aplicações para as emulsões asfálticas. Uma dessas aplicações é a estabilização de solos, objeto desse trabalho.
3 | ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
O solo natural é um material complexo e variável, porém devido à sua abundância e baixo custo oferece grandes oportunidades de emprego na engenharia. Entretanto, é comum que o solo de uma localidade não preencha parcial ou totalmente as exigências do engenheiro construtor. Assim, torna-se necessário escolher entre:
a) aceitar o material tal como ele é e desenvolver o projeto de forma a contemplar as limitações que o solo impõe;
b) remover o material e substituí-lo por outro de melhor qualidade;
c) alterar as propriedades do solo existente de modo a criar um novo material capaz de adequar-se de melhor forma as exigências do projeto.
As principais propriedades dos solos de interesse para a engenharia são a estabilidade volumétrica, a resistência, a permeabilidade e a durabilidade. Embora haja tratamentos corretivos para melhorar mais de uma das propriedades citadas ao mesmo tempo, é vantajoso analisá-las individualmente. Contudo, a estabilização deve ser encarada não apenas como um procedimento corretivo, mas também como uma medida preventiva contra condições adversas que possam desenvolver-se durante a construção da obra ou ao longo de sua vida.
3.1 | ESTABILIZAÇÃO BETUMINOSA
Este item apresenta algumas considerações gerais a respeito da estabilização betuminosa bem como uma sucinta revisão bibliográfica sobre os métodos de dosagem das misturas solobetume.
3.3.1 | Aspectos gerais
Segundo Santana (2009) entende-se por estabilização asfáltica um processo de adição de ligante asfáltico aos solos para sua aplicação como material de pavimentação, uma vez que estes solos no seu estado natural ou compactado não oferecem resistência adequada e estabilidade para os esforços
solicitantes do tráfego. Ainda, segundo o autor, a estabilização de solos com materiais asfálticos voltada à pavimentação justifica-se pela possibilidade de utilização de materiais locais e métodos de mistura na pista, o que é realçado quando há reflexos positivos nos orçamentos das obras.
Considerando que a utilização de cimentos asfálticos tornaria a estabilização inviável do ponto de vista econômico, restam às emulsões asfálticas cumprir este papel.
ABEDA (2001) define a estabilização solo-emulsão como sendo o produto resultante da mistura de solos, geralmente locais, com emulsão asfáltica, na presença ou não, de filer minerais ativos, em equipamentos apropriados, espalhada e compactada a frio. Segundo os autores, este tipo de serviço
pode ser considerado como uma solução alternativa para viabilizar a pavimentação, principalmente em regiões onde existe carência de agregados pétreos e elevado custo de transporte dos materiais.
A estabilização de solos com emulsões asfálticas pode ser considerada uma excelente alternativa técnica e de baixo custo para a preservação de energia, do meio ambiente e dos recursos naturais.
Em linhas gerais, pode-se dizer que as possibilidades de estabilização de um solo com emulsão asfáltica dependem, fundamentalmente, da composição granulométrica e das composições físico-químicas do mesmo.
Se o solo é constituído totalmente de areia, a missão principal da emulsão asfáltica é aglutinadora, ou seja, conferir coesão. Quando se tem um solo coesivo ou argiloso, o problema é totalmente diferente. É bem conhecido que uma argila seca desenvolve altos valores de coesão, a qual se perde na presença da água. O elemento coesivo, neste caso, é a argila e a função principal do ligante asfáltico não é precisamente conferir coesão, mas proteger as partículas de argila da ação da umidade. Em outras palavras, a emulsão atua conferindo propriedades impermeabilizantes cobrindo as partículas de argila com uma fina película de betume fortemente aderida e bloqueando os condutos capilares, a fim de impedir o acesso de água (ABEDA, 2001).
Em linhas gerais, pode-se dizer que as possibilidades de estabilização de um solo com emulsão asfáltica dependem, fundamentalmente, da composição granulométrica e das composições físico-químicas do mesmo.
Segundo Moreira et al. (1995) apud Santana (2009), a estabilização asfáltica pode ser classificada em:
a) areia-asfalto, para os solos que apresentem IP < 10% e percentual passante na peneira 200 menor que 15%;
b) areia-solo-asfalto, para os solos que apresentem IP < 10% e percentual passante na peneira 200 entre 15 e 35%;
c) solo-asfalto, para os solos que apresentem IP < 18% e os finos (Φ < 0,075 mm) entre 35 e 50%.
Segundo os autores Ingles e Metcalf (1972), a graduação do agregado não é uma restrição inicial, mas, o solo deve ter geralmente mais de 50% assante na peneira 4 e entre 10 a 50% passante na peneira 200. Com relação aos limites de consistência, o limite de liquidez (LL) indicado é menor que 40% e o índice de plasticidade (IP) menor que 18%.
Santana (2009) relata em seu trabalho que a bibliografia por ele consultada sugere os seguintes parâmetros que devem ser seguidos na escolha de solos a serem estabilizados com ligantes asfálticos:
a) percentual em peso entre 10 e 50% passante na peneira 200 (p%);
b) equivalente de areia ≥ 25%;
c) LL < 40% e IP < 18%;
d) abrasão Los Angeles ≤ 40%.
O item a seguir apresenta alguns métodos para dosagem de misturas solo-emulsão.
3.3.2 | Dosagem da mistura soloemulsão
Até hoje não há um processo universal de dosagem consagrado que determine o teor adequado para uma mistura de soloemulsão.
O processo de dosagem da mistura solo-emulsão está ligado ao tipo de solo, quantidade de água, condições de condicionamento dos corpos-de-prova, tipo e teor de emulsão. Não há um método específico para a dosagem de solo-emulsão nas normas brasileiras, o que contribui para a pouca difusão desta técnica. Entende-se que as variáveis são em número bem maior que aquelas presentes nas dosagens para misturas a quente ou mesmo a frio, porém
envolvendo agregados pétreos (SANTANA , 2009).
Segundo os autores Ingles e Metcalf (1972), em função das propriedades impermeabilizantes do asfalto residual, deduz-se que quanto maior a sua proporção, menor a susceptibilidade à ação da água que o solo apresentará. Em contra partida, essa maior concentração de ligante asfáltico fará com que a película que envolve os grãos fique mais espessa diminuindo, dessa maneia, o atrito grão a grão. Em conseqüência disso, tem-se uma queda na
resistência da mistura. Para os autores, a dosagem ótima é aquela que se encaixe entre a que proporcione a maior impermeabilização e a maior resistência.
Entre os ensaios utilizados por pesquisadores brasileiros para dosagem de misturas solo-emulsão, pode-se destacar o índice de suporte Califórnia (CBR ou ISC), a resistência à tração por compressão diametral (RT ), a resistência à compressão simples, o wet track abrasion test (WTAT ) e o loaded Wheel track (WLT ).
Na presente pesquisa, o método de dosagem utilizado é o proposto por Santana (2009) em trabalho desenvolvido na sua tese de doutorado. O método proposto consiste, basicamente, na definição de uma quantidade básica de emulsão em função da granulometria do agregado e de uma espessura de CAP residual adotada para envolvê-lo, chamado módulo de riqueza. As etapas sugeridas para dosagem da mistura solo-emulsão são as seguintes:
Etapa 1. Determina-se a superfície específica do agregado em função da granulometria do mesmo. A expressão utilizada é a fórmula de Vogt, representada pela equação (3.1).
100.Σ=0,07.P4 +0,14.P3 +0,33.p2 +0,81.p1+2,7.S3 +9,15.S1 + 135.F (3.1)
Onde:
• Σ é a superfície específica (m2/kg);
• P4 é a fração entre as peneiras 50 – 25 mm;
• P3 é a fração entre as peneiras 25 – 12,5 mm;
• P2 é a fração entre as peneiras 12,5 – 4,76 mm;
• P1 é a fração entre as peneiras 4,76 – 2,00 mm;
• S3 é a fração entre as peneiras 2,00 – 0,42 mm;
• S2 é a fração entre as peneiras 0,42 – 0,177 mm;
• S1 é a fração entre as peneiras 0,177 – 0,075 mm;
• F é a fração passante na peneira 0,075 mm.
Etapa 2. Com a superfície específica do agregado determinada, utiliza-se a fórmula de Duriez para definição da quantidade básica inicial de emulsão, representada pela equação (3.2).
p = k.(Σ) 0,2
(3.2)
Onde:
• p é a porcentagem de asfalto residual em relação ao peso total dos agregados;
• Σ é a superfície específica (m2/kg);
• k é o coeficiente módulo de riqueza, adotado como 1,5.
Etapa 3. As quantidades básicas de água e emulsão são definidas em função da quantidade básica de emulsão definida na etapa 2 e da umidade ótima do solo natural. Calculamse 3 quantidades de fluido buscando ficar 3 pontos acima da umidade ótima, na umidade ótima e 3 pontos abaixo da umidade ótima, no caso de solos areno-argilosos. Em se tratando de solos arenosos, os teores de fluido devem variar 2 pontos percentuais acima e abaixo da umidade ótima. Para cada um destes teores de fluido, aplicar a emulsão em 3 quantidades: básica (obtida na etapa 2), básica – 1%, básica + 1%.
Etapa 4. As misturas solo-emulsão deverão ser misturadas da seguinte forma:
a) secagem do material ao ar até a umidade higroscópica;
b) pesagem da quantidade de material a ser misturado com a emulsão;
c) acréscimo de água considerando o teor de fluido pré-determinado (etapa 3). Aplicar a água na quantidade determinada em 2 ou 3 etapas com tempo de mistura de 1 a 2 minutos para cada etapa de modo a garantir uma boa homogeneização;
d) aplicar a quantidade de emulsão pré-determinada na etapa 3 em 2 ou 3 etapas, com tempo de mistura de cada etapa entre 2 e 3 minutos;
e) reservar ao ar no interior do laboratório por período de 1 hora;
f) homogeneizar por 1 minuto e iniciar a compactação.
Etapa 5. Deverão ser preparados corpos-de-prova em número suficiente para ensaios de resistência à compressão simples (RCS ), com dimensões 10×13 cm (diâmetro x altura), compactados em 3 camadas com 21 golpes cada bem como corpos-de-prova para ensaios a resistência à tração por compressão diametral (RT ), segundo compactação Marshall, aplicando-se 50 golpes por face. O tempo de cura considerado deve ser de 7 dias (cura seca). Idem para 7 dias de cura mais 1 hora de imersão em água para RT e 2 horas de imersão em água para RCS.
Etapa 6. A escolha de teores de água e emulsão é baseada inicialmente no descarte dos teores de fluido cujos corpos-de-prova não resistiram à imersão em água seja no ensaio RT seja no ensaio RCS.
Santana (2009) apresentou em seu trabalho parâmetros mínimos de aceitação para definição do teor ótimo de emulsão a ser utilizado em uma mistura baseado nos ensaios de RT e RCS . A tabela 3.1 apresenta essa sugestão a qual é baseada em valores mínimos de resistência bem como na relação entre
resistências à tração por compressão diametral imersa/seca (RRT ≥ 60 ou 65%) e relação entre resistências à compressão simples (RRCS ≥ 15%).

Na próxima edição apresentaremos os materiais utilizados na presente pesquisa bem como o programa experimental realizado até o momento.
Etapa 6. A escolha de teores de água e emulsão é baseada inicialmente no descarte dos teores de fluido cujos corpos-de-prova não resistiram à imersão em água seja no ensaio RT seja no ensaio RCS.
Santana (2009) apresentou em seu trabalho parâmetros mínimos de aceitação para definição do teor ótimo de emulsão a ser utilizado em uma mistura baseado nos ensaios de RT e RCS. A tabela 3.1 apresenta essa sugestão a qual é baseada em valores mínimos de resistência bem como na relação entre
resistências à tração por compressão diametral imersa/seca (RRT > 60 ou 65%) e relação entre resistências à compressão simples (RRCS _15%).

O próximo capítulo apresenta os materiais utilizados na presente pesquisa bem como o programa experimental realizado até o momento.
4. | MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 | CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Este capítulo tem por objetivo apresentar a descrição dos materiais utilizados na presente pesquisa bem como bem como o programa experimental aplicado, especificando as metodologias adotadas na realização dos experimentos.
Em se tratando de metodologia, a pesquisa compreenderá as seguintes etapas:
a) revisão bibliográfica;
b) realização de ensaios laboratoriais de comportamento mecânico dos solos a serem estabilizados, através de ensaios de granulometria, limites de consistência, compactação, CBR ou ISC, módulo de resiliência;
c) caracterização da emulsão asfáltica empregada;
d) avaliação das propriedades da mistura em termos de resistência, deformabilidade e durabilidade das misturas soloemulsão, curadas durante 7, 14 e 28 dias;
e) análise dos resultados obtidos;
f) conclusão da pesquisa.
O item a seguir apresenta os resultados dos ensaios feitos até o momento nos materiais estudados.
4.2 | CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS ESTUDADOS
4.2.1 | Solo 1

O primeiro ensaio realizado no material denominado solo 1 foi o ensaio de análise granulométrica. O ensaio foi realizado segundo método de ensaio DNER-ME 051/94. A figura 4.1 apresenta a curva granulométrica obtida para o material em questão.

A curva granulométrica obtida para o solo 1 apresenta as seguintes frações de materiais: 23% de argila, 25° o de silte, 15°Ó de areia fina, 19% de areia média. 16% de areia grossa e 2%o de pedregulho.
Obtida a curva granulométrica, foram feitos os ensaios dos limites de consistência do material, segundo as normas DNERME 082/94 e DNER-ME 122/94. Os valores obtidos para LL e LP foram, respectivamente, 27% e 17%. Dessa maneira, o índice de plasticidade do material é 10%.
Com os resultados da análise granulométrica e dos limites de consistência, o material foi classificado segundo a American Association of State Highway Officials (AASHTO). O material em questão pode ser classificado como A-4.
O próximo ensaio realizado foi o de compactação. O objetivo do ensaio é a obtenção da umidade ótima e do peso específico aparente seco máximo do material, parâmetros utilizados na moldagem dos corpos-de-prova para os ensaios CBR e módulo de resiliência. Para a presente pesquisa, o ensaio de compactação foi realizado na energia do proctor modificado, segundo método de ensaio DNER-ME 129/94. A figura 4.2 apresenta a curva de compactação obtida no referido ensaio.

A análise da curva de compactação mostra que a umidade ótima do material fica em torno de 9%. O peso específico aparente seco máximo do material equivale a 1,91 gftm3.
Obtida a umidade ótima do material, foi realizado o ensaio do Índice de Suporte Califórnia (ISC). O ensaio foi moldado na umidade ótima com energia proctor modificado, segundo método de ensaio DNER-ME 049/94. O ISC do material apresentou valor de 22%.
A seguir são apresentados os resultados obtidos para o material denominado solo 2.
4.2.2 | Solo 2
Assim como no solo 1, o primeiro ensaio realizado no material denominado solo 2 foi o ensaio de análise granulométrica. A figura 4.3 apresenta a curva granulométrica obtida. O material apresenta as seguintes frações de materiais: 4% de argila, 12% de silte. 8% de areia fina. 11°0 de areia média. 22% de areia grossa e 43% de pedregulho.

Posteriormente, foram feitos os ensaios dos limites de consistência. Os valores obtidos caracterizam o material como sendo não plástico (NP).
Segundo classificação da AASHTO, o material em questão pode ser classificado como A-1-b.
O ensaio de compactação, assim como no caso anterior, também foi realizado na energia do proctor modificado. A figura 4.4 apresenta a curva de compactação obtida para este material. A análise da mesma mostra que a umidade ótima do material fica em torno de 6%. O peso específico aparente seco máximo obtido foi de 2,02 gf/cm³.

O ensaio do Índice de Suporte Califórnia (ISC) foi moldado na umidade ótima na energia do proctor modificado. O ISC do material apresentou valor de 42%.
O próximo item apresenta os ensaios realizados até o momento para caracterização da emulsão asfáltica.
4.3 | CARACTERIZAÇÃO DA EMULSÃO ASFÁLTICA
A emulsão asfáltica utilizada na presente pesquisa foi fornecida pela empresa GRECA ASFALTOS. É do tipo não iônica, ou seja, os glóbulos de asfalto apresentam carga neutra.
O valor da sedimentação obtido no ensaio foi de 2,42%. A viscosidade foi determinada através do viscosímetro Brookfield. O valor obtido para viscosidade Brookfield foi de 950 centipoise (cP).
Foi realizado também o ensaio para determinação do resíduo, ou seja, determinação do CAP residual existente na emulsão estudada. O valor obtido de CAP residual foi 58%. Ainda foram realizados ensaios para determinação do ponto de amolecimento, densidade e penetração da emulsão asfáltica. Os valores obtidos foram, respectivamente, 59°C e 52×10²mm.
5 | APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
5.1| ENSAIOS DOS MATERIAIS ESTUDADOS

Foram realizados ensaios triaxiais de módulo de resiliência nos materiais estudados.
Os ensaios foram realizados seguindo a metodologia americana AASHTO T 307: Standard Method of Test for Determining the Resilient Modulus of soils and Aggregate Materiais. A figura 5.1 ilustra os resultados obtidos para os três ensaios realizados no material denominado solo 1, classificado como A-4 (classificação AASHTO). O modelo de ajuste utilizado no ensaio foi em função da tensão confinante (MR x σ3).

Os modelos apresentados na figura 5.1 sugerem valores que variam entre 50 Mpa, para tensões de confinamento mais baixas até valores da ordem de 110 MPa, para tensões de confinamento mais altas.
No solo 2 foi realizado apenas um ensaio de módulo de resiliência até o momento. A figura 5.2 ilustra o resultado obtido. O modelo de ajuste utilizado foi o (MR x σ3).

Os valores de módulo de resiliência obtidos no ensaio realizado no solo 2 alteram ente 50 MPa e aproximadamente 100 MPa. Entretanto, o modelo obtido parece ter um desempenho inferior ao modelo obtido para o solo 1. Pode-se entender, então, que o solo 2, mais granular, obtém desempenho inferior em termos de deformabilidade se comparado com o solo 1, o qual apresenta parcela significativa de finos.
5.2 | ENSAIOS DA MISTURA SOLOEMULSÃO
A presente pesquisa adotou como método de dosagem solo-emulsão o referido no trabalho de Santana (2009).
Dessa maneira, como explicado anteriormente, os ensaios que balizam a escolha do teor ótimo de emulsão são: resistência à tração por compressão diametral e resistência à compressão simples.
Foram testados diferentes combinações de água emulsão para determinação do teor ótimo, ou seja, aquele que consiga impermeabilizar de maneira satisfatória a mistura, mas que ao mesmo tempo, não produza uma perda de resistência devido a diminuição do atrito grão-a-grão.
O teor inicial de emulsão obtido em função da granulometria do agregado para o solo 1, A-4 segundo classificação AASHTO. foi 6,1%. Como o método preconiza variação de +/- 1% do teor ótimo, os teores utilizados na moldagem dos corpos de prova foram: 5,1, 6,1 e 7.1%.
Para o solo 2, A-1-b segundo classificação AASHTO, o teor inicial de emulsão obtido foi 4,9%. Os teores de emulsão utilizados na moldagem foram, portanto, 3,9, 4,9 e 5,9%. Os teores de água utilizados nas moldagens foram: Wótima, Wótima -3% e Wótima+3% .
O processo de mistura foi feito em duas etapas. Primeiramente, era adicionada metade da quantidade de emulsão. O tempo de mistura variou de 3 a 5 minutos. Posteriormente, o restante de emulsão era adicionado e misturado. O modo de mistura escolhido foi o manual, misturando-se o solo e a emulsão com colheres ou espátulas.
Finalizado o processo de mistura, as bandejas eram colocadas em estufas a 25ºC e ali ficavam durante 2 horas. Passado esse período, as bandejas eram retiradas da estufa e iniciava-se o processo de moldagem. No caso dos corpos de prova rompidos no ensaio de resistência a compressão diametral (RT), a compactação realizada foi a do tipo Marshall com 50 golpes por face. No caso dos corpos de prova rompidos no ensaio de resistência a compressão simples (RCS), os mesmos foram moldados em três camadas aplicando-se 26 golpes por camada com o soquete grande. O corpo de prova do ensaio de RCS possui dimensôes 10 x 13 cm (diãmetro x altura).
A figura 5.3 apresenta alguns corpos de prova da mistura solo emulsão rompidos no ensaio de resistência à tração diametral.

Foram realizados ensaios de resistência à tração por compressão diametral e resistência à compressão simples. Os resultados estão apresentados nas figuras 5.4 e 5.5, respectivamente.
O método de Santana (2009) preconiza valores minimos de RT e RCS. Para o caso do ensaio de RT, o valor mínimo adotado é 0.3 MPa. No caso da RCS, o valor mínfimo estabelecido é 0.8 MPa.
O método também preconiza a propriedade impermeabilizante da mistura ensaiada. Por isso, sugere valores mínimos de relação entre as resistências à tração imersa e não imersa (RRT) e relação entre as resistências à compressão simples imersa e não imersa. No caso da RRT. o valor mínimo estabelecido é 60% e. para o caso da RRCS, 15%.
As misturas ensaiadas até o momento conseguiram satisfazer os requisitos impostos pelo método.
A figura 5.4 evidencia que no caso do parâmetro RT, os melhores resultados ficaram em torno do teor de umidade ótimo (10%). Variando o teor de fluido no momento da mistura do solo com a emulsão, tanto para mais quanto para menos, a resistência apresenta queda significativa. O maior valor de RT obtido foi para mistura ensaiada com maior teor de emulsão (4.1% CAP).

No caso do ensaio de RCS, diferentemente do que ocorreu com o parâmetro RT, os melhores resultados não ficaram em torno da umidade ótima. Na verdade, não parece existir um teor ótimo de emulsão com relação a esse parâmetro. Os melhores resultados foram obtidos para o maior teor de fluido ensaiado (13%). As misturas parecem seguir um comportamento linear onde, quanto maior o teor de fluido existente no momento da mistura, maior os valores de resistência obtidos. Surpreendentemente, não foi o maior teor de emulsão que apresentou o maior valor de resistência. Na figura 5.5, nota-se que o maior valor de RCS foi obtido para mistura de 3% de CAP. Os valores mínimos preconizados pelo método de Santana (2009) foram obtidos para os maiores teores de fluido.

Com relação à impermeabilização das misturas, as figuras 5.6 e 5.7 apresentam, respectivamente, os parâmetros RRT e RRCS.

Com relação ao parâmetro RRT, os resultados seguiram o mesmo padrão apresentado anteriormente, ou seja, parece existir um teor ótimo de fluido no momento da mistura onde a propriedade impermeabilizante tem seu valor maximizado. Esse teor fica em torno do teor de umidade ótima (10%). Valores maiores e menores apresentam queda significativa na relação entre as resistências imersa e não imersa. O valor mínimo preconizado pelo método, 60%, foi atingido. Os melhores valores de RRT foram obtidos para as misturas ensaiadas com 3,5% de CAP. Nota-se que para o teor de fluido de 7% no momento da mistura, os corpos de prova não suportaram a imersão.
Pode-se dizer que o teor de 3,5% de CAP, nesse caso, possui o mesmo efeito impermeabilizante que o teor de 4,1%. Como o valor de RT rompida sem imersão para o teor de 4,1% é maior e, os valores de resistência a tração rompidos após imersão de 1 hora são muito parecidos para os dois teores, a queda de resistência para o teor de 4,1% de CAP é mais significativa. Em outras palavras, os dois teores (3,5% e 4,1%) possuem o mesmo efeito impermeabilizante. A figura 5.7 apresentada a seguir apresenta os resultados obtidos em relação às resistências à compressão simples imersa e não imersa.

O pior desempenho das misturas ensaiadas foi em relação ao parâmetro RRCS. Entre os três teores de fluido ensaiados, sendo eles 7, 10% e 13%, apenas o último teor apresentou resultados satisfatórios. As misturas ensaiadas nos teores de 7% e 10% não suportaram a imersão. Na moldagem era visível o aspecto “seco” dos corpos de prova. Os maiores valores de RRCS foram obtidos para o teor de 3.5°/0 de CAP residual.
Os ensaios triaxiais dinâmicos, também conhecidos como ensaios de módulo de resiliência (MR), foram realizados no âmbito deste trabalho com a finalidade de investigar o comportamento quanto à deformabilidade das misturas soloemulsão.
Na presente pesquisa, o ensaio triaxial de módulo de resiliência foi realizado segundo método de ensaio DNER – ME 134/2010. Esse método especifica que, após a preparação do corpo de prova na câmara triaxial, seja feito um condicionamento inicial o qual, segundo Medina e Motta (2005), é importante para eliminar as grandes deformações plásticas, que ocorrem no início da aplicação das cargas.
Para a realização desses ensaios, os corpos de prova foram moldados em cilindro tripartido, de 10 cm de diâmetro por 20 cm de altura, compactados em 5 camadas onde foram aplicados 27 golpes em cada uma delas.
Para o ensaio realizado no solo puro, o CP foi compactado na umidade ótima do material e ensaiado imediatamente após a desmoldagem do mesmo.
No caso dos corpos de prova das misturas solo-emulsão, os mesmos foram ensaiados após cura seca ao ar pelo período de 7 dias.
Ensaios com solo 1
Como relatado anteriormente, não foram realizados ensaios de MR nas misturas com o solo 2. Foi realizado 1 ensaio de módulo de resiliência no solo 1 sem adição de emulsão asfáltica. Também, foram realizados 4 ensaios de MR nas misturas solo emulsão utilizando o solo 1. Os teores escolhidos para realização do experimento foram definidos em função dos resultados obtidos nos ensaios de RT e RCS, sendo eles: teores de fluido de 10% e 13% e teores de CAP residual de 4,1% e 3,5%.
Os resultados obtidos foram analisados segundo três modelos clássicos de ajuste, que correlacionam o MR com a tensão de desvio (σd), com a tensão de confinamento (σ3) e com o invariante de tensões (Φ= σ1 + 3. σ3).
O primeiro modelo de ajuste utilizado foi o que correlaciona o módulo de resiliência coma tensão desvio. A figura 5.8 apresenta graficamente os modelos obtidos para os ensaios realizados considerando um teor de fluido de 10%.

Analisando-se a figura 5.8 percebe-se que a adição de emulsão asfáltica melhora consideravelmente o comportamento mecânico do solo estudado. Para os valores mais altos de tensão desvio, o solo puro atingiu módulos da ordem de 120 MPa, enquanto que as misturas solo emulsão apresentaram valores de módulo superiores a 1000 MPa, caracterizando um aumento de mais de 80%).
Em se tratando das misturas solo emulsão, os valores de MR obtidos sofreram pouca interferência do teor de CAP residual adicionado. De uma maneira geral, a mistura com 4.1% de CAP residual apresentou os maiores valores de módulo, porém com valores bastante próximos aqueles apresentados para mistura com teor de 3.5%. Observa-se ainda que, as misturas solo emulsão sofrem maior interferência da tensão desvio quando comparadas ao solo puro,
comportamento que pode ser evidenciado pelos coeficientes de ajuste k2.
Também foram ensaiados misturas com os mesmos teores de CAP residual com 4.1% e 3.5%, porém, as mesmas foram moldadas com teor de fluido de 13%. A figura 5.9 apresenta os modelos obtidos com esses corpos de prova. O corpo de prova de solo puro, moldado na umidade ótima de 10°0, também foi inserido na figura, a título comparativo.

Assim como as misturas moldadas com teor de fluido de 10%, a adição de emulsão asfáltica também melhorou o comportamento mecânico das misturas moldadas com teor de fluido de 13%. Entretanto, o acréscimo no módulo de resiliência observado para essas misturas foi inferior. Os maiores valores de módulo, obtidos para as maiores tensões desvio, ficaram na ordem de 800 MPa, proporcionando um aumento de 66% quando comparado aos módulos obtidos para o solo puro.
Nas misturas moldadas com 13% de fluido, os maiores valores de módulo foram obtidos para aquela moldada com 4.1% de CAP residual. Diferentemente do comportamento observado nas misturas anteriores, as linhas de tendência, nesse caso, não ficaram tão próximas, indicando dessa maneira um comportamento superior quanto à deformabilidade dessa mistura.
Para evidenciar a superioridade quanto ao comportamento mecânico das misturas moldadas com teor de fluido de 10%, foram inseridos no mesmo gráfico os resultados das misturas moldadas com 10% e 13% para o mesmo teor de CAP residual. A superioridade quanto a deformabilidade das misturas moldadas
próximas a umidade ótima pode ser observada nas figuras 5.10 e 5.11 que apresentam, respectivamente, os resultados para as misturas moldadas com 3.5% e 4.1% de CAP residual.


As figuras 5.10 e 5.11 evidenciam a superioridade das misturas solo emulsão moldadas com teor de fluido próximo a umidade ótima do material, independente do teor de CAP residual utilizado na mistura.
Os resultados obtidos ainda foram ajustados segundo os modelos MR-σ3 e MR-Φ . Os resultados obtidos são apresentados na tabela 5.1.

Analisando os resultados apresentados, verifica-se que o modelo de ajuste que melhor representou o comportamento das misturas soloemulsão foi aquele que correlaciona o módulo de resiliência com o invariante de tensões (MR- Φ), fato que pode ser verificado pelos elevados valores do coeficiente de determinação R².
No caso do ensaio realizado no solo puro, sem adição de emulsão asfáltica, o modelo que melhor representou o comportamento do material foi o que correlaciona o módulo de resiliência com a tensão desvio (MR-σd). O coeficiente determinação de determinação R2 obtido foi 0.8.
De unia maneira geral, a adição de emulsão asfáltica ao solo aumenta a influência do estado de tensões quanto ao comportamento resiliente do material. Isso pode ser verificado pelos elevados valores dos coeficientes de ajuste k2 obtidos. Ainda, as misturas que mais sofreram influência do estado de tensões atuante foram aquelas com 3.5% de CAP residual.
Para os ensaios do tipo WTAT foram ensaiados corpos de prova apenas do solo 1. Foram moldados dois corpos de prova da mistura solo emulsão, sendo que o teor de fluido escolhido para mistura foi 13% e os teores de CAP residual escolhidos foram 3.5% e 4.1%. Também foi moldado um corpo de prova de solo puro, para verificar o efeito da adição da emulsão asfáltica quanto à resistência ao desgaste. A escolha do teor de fluido de 13% no momento da mistura buscou a obtenção de uma combinação mais homogénea entre o solo e a emulsão empregada.
O ensaio WTAT foi originalmente desenvolvido para projeto de dosagem de revestimentos delgados tipo microrrevestimento e lama asfáltica. A metodologia original é descrita pela norma NBR 14746 – Determinação da perda por abrasão úmida e consiste basicamente em submeter um corpo de prova à abrasão gerada pela ação de uma mangueira de borracha a uma velocidade determinada e a um numero de ciclos estabelecidos.
Uma adaptação deste ensaio foi proposta por Duque Neto (2004), Miceli (2006), Gondim (200S) e Santana (2009) utilizaram a adaptação proposta para avaliação de misturas solo-emulsão. No presente trabalho, buscou-se aproveitar a adaptação de Duque Neto para avaliar os efeitos abrasivos do ensaio em duas superfícies distintas: o solo natural e o solo-emulsão.
A realização do ensaio seguiu as seguintes etapas:
a) primeiramente era pesado o conjunto molde + solo antes do inicio do ensaio. Eram determinadas 3 alturas no centro do molde com auxílio da régua de aço e do paquímetro;
b) o molde era encaixado na máquina e travava-se o cabeçote de abrasão da mangueira de borracha no eixo da mesma. A plataforma da máquina era elevada até que a mangueira de borracha ficasse apoiada livremente sobre a superfície da amostra;
c) regulava-se a máquina para 110 rpm (nível 1) e tempo de operação de 300 segundos:
d) após o ensaio, o material desprendido era retirado com ajuda de um pincel. Pesava-se o conjunto molde + solo após o ensaio. Determinavam-se 3 alturas no centro do molde com auxilio da régua de aço e do paquímetro.
Os resultados obtidos neste ensaio são os seguintes:
a) deformação permanente, determinada a partir da diferença entre as leituras inicial e final;
b) perda de massa por abrasão, determinada pela diferença entre as massas inicial e final.
Para o ensaio adaptado de WTAT, os critérios de avaliação propostos por Duque Neto (2004) consistem da avaliação visual das medidas do afundamento e da perda de massa por abrasão. Na presente pesquisa a avaliação dos resultados de WTAT foi feita de forma quantitativa, onde se excluiu a subjetividade da avaliação visual. A análise baseou-se nos valores de perda de massa por abrasão e nas medidas de afundamento dos corpos de prova.
Discute-se no próximo item os resultados dos ensaios adaptados de WTAT para as amostras pura e estabilizada do solo 1.
Ensaios com solo 1
Os resultados da perda de massa por abrasão decorrente da realização dos ensaios de WTAT para as amostras referentes ao solo 1 são apresentados na figura 5.12.

Nota-se que o solo puro apresentou uma menor resistência à abrasão quando comparado as misturas estabilizadas com emulsão. Entretanto, o valor da perda de massa de 0.27% pode ser considerado baixo quando comparado a outros resultados encontrados na bibliografia. A aplicação de emulsão no solo
gerou amostras bem mais resistentes ao esforço abrasivo. A perda de massa do solo a estabilização é de cerca de 0.05% para mistura com 3.5% de CAP residual e 0.01% para mistura com 4.1% de CAP residual. Os resultados obtidos indicam que quanto maior o teor de ligante asfáltico adicionado na mistura maior a resistência da mesma ao desgaste.
A melhoria na resistência à abrasão devido à estabilização refletiu-se também nos afundamentos sofridos pelos corpos de prova. Os resultados do afundamento decorrente da realização do ensaio WTAT são apresentados na figura 5.13. Como pode se constatar, a adição de maiores teores de emulsão torna a mistura mais resistente quanto ao afundamento. Cabe salientar que os valores encontrados para o solo puro estão abaixo da maioria dos resultados obtidos na bibliografia consultada.

Após realização do ensaio WTAT nas misturas solo emulsão, as mesmas foram submetidas a mais um ciclo de ensaio, agora com a presença de uma lâmina d’água com espessura aproximada de 1mm. A presença de um filme de água é uma situação bastante desfavorável. O objetivo foi realizar a simulação em laboratório de uma situação que pode ocorrer em campo, considerando que o atrito gerado pela mangueira corresponde ao atrito gerado pelo pneu do veículo em um dia de chuva.
A presença de água no momento do ensaio impôs as misturas uma perda de massa por abrasão bem maior, como pode ser visualizado na figura 5.14. Com relação ao ensaio realizado no solo puro, a presença da lamina d’água aumentou em aproximadamente 16 vezes a perda de massa por abrasão. Em se tratando das misturas solo emulsão o efeito nocivo da água foi ainda maior, onde pode ser observado um aumento de aproximadamente 21 vezes na perda de massa para mistura com 3,5% de CAP residual e de cerca de 60 vezes para mistura com 4,1°o de CAP residual.
Observando-se a figura 5.14 nota-se que a mistura com maior teor de ligante asfáltico apresentou os melhores resultados com relação á resistência a abrasão o que, de certa maneira, já era esperado. Quanto maior o teor de ligante asfáltico na mistura, menor sua permeabilidade, reduzindo dessa maneira a infiltração de água para dentro do corpo de prova o que reduz significativamente a ação deletéria da água.
Nota-se que a menor resistência a abrasão foi presenciada pelo solo puro. A mistura realizada com 3,5% de CAP residual apresentou um comportamento intermediário.

Após a realização dessa bateria de ensaios, foram feitas leituras com paquímetro para verificação do afundamento. As leituras foram realizadas aproximadamente 15 dias após a realização dos ensaios, período no qual ocorreu a secagem dos corpos de prova ao ar livre.
De uma maneira geral, a existência da lamina d’água aumentou o afundamento nos corpos de prova. A maior leitura foi observada no solo puro, onde foi medido 2.8 mm de afundamento.
Com relação as misturas solo emulsão, aquela com 4.1% de CAP residual apresentou um afundamento de 1.28mm. As leituras realizadas na mistura com 3.5% de CAP residual não identificaram afundamento.
Além disso, a superfície do corpo de prova após a realização do ensaio mostrou-se bastante irregular. Como as medidas foram tomadas na parte central do CP, sem nenhum vinculo com os locais onde foram realizadas as primeiras leituras, essas irregularidades podem ter distorcido o afundamento real existente. Os resultados obtidos com relação ao afundamento são apresentados na figura 5.15.

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