Estudo do comportamento de misturas solo-emulsão para uso em barragens



Baixar 93.21 Kb.
Encontro29.12.2017
Tamanho93.21 Kb.

Comitê Brasileiro de Barragens

XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens

Goiânia – GO, 11 a 15 de Abril de 2005

T.97 A27


ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE MISTURAS SOLO-EMULSÃO PARA USO EM BARRAGENS
Elza Conrado JACINTHO
Aluna de Mestrado, Engª – Universidade de Brasília
Renato Cabral GUIMARÃES
M.Sc., Engenheiro Civil, – FURNAS Centrais Elétricas S.A.

Professor – Universidade Estadual de Goiás


José Camapum de CARVALHO
Professor Titular, PhD – Universidade de Brasília
Márcio Muniz de FARIAS
Professor Adjunto, PhD – Universidade de Brasília

RESUMO
Diante da crescente demanda por energia elétrica no país e a exigência de construções que sejam técnica e economicamente viáveis e que causando o menor impacto ambiental possível, verifica-se a necessidade de se estudar materiais e técnicas não convencionais, como é o caso da estabilização betuminosa dos solos. Neste trabalho utilizou-se uma areia argilosa, proveniente do AHE de Peixe, estabilizada com diferentes teores de emulsão RL-1C com objetivo de verificar a viabilidade de sua aplicação em núcleo de barragens. São apresentadas considerações sobre a metodologia utilizada, o comportamento da mistura compactada e são discutidos os resultados dos ensaios realizados com a mistura.


ABSTRACT
Given the increasing demand for energy and the need for the construction of dams that are technically and economically feasible, besides meeting environmental requirements, there is an urgent need to study the use of unconventional materials and techniques, such as soil-bitumen stabilization. In this paper, a clayey sand, present in the site of a dam named Peixe, is stabilized with different contents of a cationic emulsion (RL-1C). The authors present some considerations related to the mixing methodology and the behavior of the compacted mixture, and discuss the results of a series of tests performed with the stabilized soil.



  1. INTRODUÇÃO

Fatores tais como o crescimento populacional e o desenvolvimento tecnológico têm proporcionado um aumento considerável da demanda por energia elétrica, fazendo com que países do mundo todo se preocupem com a implementação de seu parque gerador. O Brasil possui um grande potencial hidrelétrico a ser explorado, que faz com que a construção e modernização de Usinas Hidrelétricas e de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH’s) sejam a solução mais indicada para minimizar o problema de geração de energia no país.


Diante da necessidade de que as construções sejam técnica e economicamente viáveis e, ainda causem o menor impacto ambiental possível, surge a proposta de estudo de materiais que não são convencionalmente utilizados em barragens brasileiras, como é o caso dos materiais betuminosos.
Segundo Strabag [1], o uso de misturas betuminosas em barragens tem sido prática comum em muitos países europeus, principalmente na Alemanha, Noruega e Itália, desde a década de 30. A mistura que tem sido utilizada é um concreto betuminoso aplicado externamente, na face de montante, ou como núcleo interno de barragens de terra ou enrocamento. Na presente pesquisa investiga-se a opção da estabilização dos solos para uso em barragens com o uso de emulsões asfálticas, como uma alternativa ao uso de concreto betuminoso.
A estabilização de solos, de forma geral, é uma técnica muito utilizada em pavimentação. Dentre os materiais que podem ser empregados neste tipo de obra, podem ser citados o cimento, a cal e a emulsão asfáltica. A estabilização com emulsão asfáltica é a menos utilizada. Isso se deve em parte, ao fato de que uma boa estabilização depende de diversas variáveis, tais como a constituição química e mineralógica do solo, a granulometria e rugosidade das partículas e o tipo de emulsão asfáltica empregada. Para alguns tipos de solos esta estabilização pode não ser eficiente, não havendo aumento da capacidade de suporte, que é o principal objetivo do uso deste material para construção rodoviária. No entanto, como no caso de núcleo de barragens de terra a preocupação maior é voltada para a permeabilidade, esta técnica de estabilização pode ser também avaliada com esse enfoque, o que embora faça parte de projeto de pesquisa, não foi tratado neste artigo, pois os ensaios ainda se encontram em andamento.
No Brasil a possibilidade de utilização da mistura solo-emulsão em barragens, apresenta-se como uma alternativa bastante atrativa, dada a freqüência com que são encontrados espessos horizontes de solos. Ainda que impróprios para a construção de barragens, quando em estado natural, há a possibilidade de estes solos serem utilizados se forem estabilizados com emulsão. Entre as vantagens deste tipo de estabilização, podem-se citar:


  • Ampliação do leque de solos utilizáveis no projeto, podendo viabilizar o uso de solos provenientes de escavações obrigatórias e aluvião do leito do rio;

  • Uso de equipamentos comumente encontrados em pavimentação;

  • Possibilidade de redução da espessura do núcleo impermeável gerando economia e menor impacto ambiental (menor área de exploração);

  • Diminuição das distâncias de transporte devido à utilização de materiais que antes não satisfaziam as condições de permeabilidade e/ou resistência.

  1. SISTEMA SOLO-EMULSÃO

Ao se misturar água e emulsão a um solo, inicia-se uma série de processos físicos e químicos que irão influenciar o seu comportamento mecânico. Segundo Kézdi & Rétháti [2], a dificuldade maior em se estabilizar um solo reside, principalmente, na fixação do teor de betume capaz de promover um maior ganho de resistência à mistura. No entanto, no início desta pesquisa foram verificadas dificuldades na metodologia de mistura dos materiais, surgindo a necessidade de se aprofundar os estudos nesta área. As bibliografias consultadas dizem respeito à aplicação da técnica à pavimentação, cuja maior preocupação é o aumento da resistência. No caso de barragens, a mistura deverá ser feita com a preocupação de diminuir o índice de vazios e conseqüentemente a permeabilidade.


A maior aplicação desta técnica de estabilização é para solos granulares, para os quais a adição do betume provoca uma aglutinação entre suas partículas e, portanto, um aumento na parcela de coesão. Contudo, é preciso que se controle o teor de betume para que o excesso de ligante não provoque no material estabilizado um comportamento predominantemente plástico. Nos solos coesivos, segundo Kézdi & Rétháti [2], a presença de betume provoca um bloqueio dos vazios, impermeabilizando o solo e mantendo seu teor de umidade.
A estabilização solo-betume é fortemente influenciada por alterações no tipo e quantidade dos elementos formadores da mistura (solo, água e emulsão) e no processo utilizado para realização da mistura (tempo de aeração, por exemplo). A seguir serão descritos os principais fatores intervenientes no processo de estabilização solo-emulsão.


    1. Tipos de Solo

Diferentes constituições químicas e mineralógicas dos solos, bem como a área superficial do solo exercem forte influência no processo de estabilização. Em geral quanto maior a área superficial do solo mais difícil será a estabilização com emulsão asfáltica. Segundo Kézdi & Rétháti [2], para solos inorgânicos a mistura com betume é bastante adequada, desde que atenda às seguintes recomendações:




  • o maior diâmetro do grão não deve exceder um terço (1/3) da espessura compactada da camada do solo tratada;

  • a porcentagem em peso das partículas menores do que 4,76 mm deve exceder 50 %;

  • a percentagem em peso das partículas menores do que 0,42 mm deve se situar entre 35 % e 100 %;

  • a porcentagem em peso das partículas menores do que 0,074 mm deve se situar entre 10 % e 50 %;

  • o limite de liquidez não deve exceder a 40 % e o índice de plasticidade deve ser menor do que 18 %.




    1. Teor de Água

Segundo Yoder & Witczak [3] o teor ótimo de água necessária em solos misturados com emulsão é em geral menor do que o teor ótimo obtido nos ensaios de compactação Proctor Normal para o solo natural. No entanto, nos estudo realizados por Ferreira [4] e Lucena et al. [5], verificou-se que a máxima tensão de ruptura era obtida para corpos-de-prova com umidades próximas da umidade ótima. Nos dois estudos foram utilizados diversos teores de umidade para cada teor de betume e realizados ensaios de compressão simples e de tração indireta.




    1. Teor e Tipo de Emulsão Asfáltica

Na prática, para se determinar o teor ótimo de emulsão em termos de resistência, faz-se a mistura do solo com diversos teores de emulsão que variam de 0 a 8 % ou 10 %, realizando ensaios de compressão simples, tração indireta ou índice de suporte Califórnia para verificar se ocorrem variações em termos de resistência. Para cada solo e para cada tipo de emulsão utilizado pode ser encontrado um teor ótimo diferente. Na estabilização de solos são utilizadas emulsões de ruptura média e lenta, sendo a escolha dependente do tempo de ruptura da emulsão que varia com a superfície específica e com as características químicas do solo. A mais comumente utilizada, e recomendada pelos fabricantes, é a emulsão catiônica de ruptura lenta (RL-1C).




    1. Metodologia de Mistura

As dificuldades apresentadas na escolha do processo de mistura solo-água-emulsão asfáltica se devem às diferentes metodologias apresentadas na literatura e ainda à adaptação destas metodologias para o caso específico de barragens. A primeira consideração que deve ser feita se refere à adição de água e emulsão asfáltica ao solo. Ferreira [4] recomenda a adição e homogeneização prévia da água ao solo, para posterior adição do material asfáltico. Segundo ele a adição prévia da água ao solo impede a ruptura prematura das emulsões, facilitando o processo de mistura. Lucena et al. [5] diluíram a emulsão em parte da água a ser adicionada ao solo (na proporção de 1:1), sendo o restante da água a ser adicionada misturada ao solo antes da adição da emulsão diluída.


Guarçoni et al. [6] explicam que ao entrar em contato com a solução aquosa (água mais solutos) os grãos de solo adsorvem parte do soluto tensio-ativo da fase líquida da emulsão, provocando, como conseqüência, uma queda na concentração deste soluto na solução aquosa. A diluição da concentração do soluto tensio-ativo produzirá um desequilíbrio na emulsão devido ao aumento da tensão superficial da fase líquida, o que dará origem à ruptura da emulsão e conseqüentemente formação de aglomerados de partículas betuminosas. A quantidade de soluto adsorvido é função de sua concentração na solução. Isto explica porque é mais fácil se misturar solo com emulsão quando se tem uma solução aquosa bem diluída, o que é conseguido pela diluição da emulsão e/ou pela adição prévia de água no solo.
Outra consideração relevante diz respeito ao tempo de aeração. Este termo se refere ao tempo de descanso em que a mistura solo-emulsão é deixada ao ar antes da compactação, com a finalidade de possibilitar a ruptura da emulsão asfáltica. Carvalho et al. [7] deixou misturas com 5 %, 7 % e 9 % de emulsão expostas ao ar, em bandejas, durante períodos de 1, 2, 3 e 4 horas (antes da compactação), sendo verificadas maiores resistências para uma exposição de 4 horas nos teores de 7 % e 9 % e de 1h para o teor de 5 % de emulsão. A ruptura da emulsão asfáltica é essencial para o bom desempenho da mistura, no entanto, o maior problema em deixar a amostra "aerando" é a evaporação e conseqüentemente o controle do teor de umidade.



  1. MATERIAIS E MÉTODOS

Neste trabalho, estudou-se a estabilização betuminosa de um solo aluvionar proveniente do AHE de Peixe. Este solo consiste em uma areia argilosa e está sendo aplicada na barragem para fins de impermeabilização. A Usina Hidrelétrica de Peixe Angical está localizada na divisa dos municípios de Peixe e São Salvador do Tocantins, no estado de Tocantins, estando prevista uma área inundada de 313,1akm2 e uma potência instalada de 460 MW. A barragem terá comprimento total de 5700 m e uma altura máxima de 39 m.


O principal interesse ao se estudar o solo proveniente do AHE Peixe era verificar se haveria redução da permeabilidade com a adição de material betuminoso. No entanto, deparou-se com um grande desafio que é a definição da melhor maneira de misturar os solos com material betuminoso, de forma que seja aplicável a barragens.
O material asfáltico utilizado para a estabilização foi uma emulsão asfáltica catiônica de ruptura lenta (RL-1C). A emulsão de ruptura lenta é a mais utilizada em estabilização de solos, pois permite uma boa homogeneização da mistura antes da compactação.
Inicialmente realizou-se a preparação da amostra de solo por meio de secagem ao ar e destorroamento do material. Em seguida foi realizada a caracterização do material, sendo ela subdividida em caracterização geotécnica, química e mineralógica. Na caracterização geotécnica foram realizados os ensaios de limites de liquidez, limites de plasticidade, peso específico real dos grãos e granulometria por peneiramento e sedimentação com e sem defloculante.
A caracterização química teve como principal objetivo verificar se o solo é quimicamente compatível com a emulsão asfáltica utilizada. Na análise química foram determinados: pH em água, pH em KCl, acidez total (H + Al), capacidade de troca catiônica (CTC), saturação de alumínio (% Al), saturação de bases (% V) e teor de matéria orgânica (MO).
A caracterização mineralógica consistiu na identificação dos minerais presentes na amostra por meio de difração de raios-x. A técnica de difratometria de raios-X consiste em determinar as distâncias mantidas pelos íons ou átomos formadores dos cristais (distâncias interplanares), através do conhecimento do ângulo formado pelo feixe de raios-X incidente e o plano atômico que o difrata e, do comprimento de onda desses raios.
Seguiu-se à compactação do solo natural (sem a adição de emulsão asfáltica) para a determinação da umidade ótima de compactação e do peso específico seco máximo. As misturas solo-emulsão foram compactadas para duas condições. Na primeira variou-se o teor de umidade sendo o teor de emulsão mantido constante e igual a 4 % e 8 %, adotando-se um tempo de aeração igual a zero, ou seja, as amostras eram compactadas logo após a mistura. A quantidade de emulsão asfáltica a ser utilizada foi calculada multiplicando-se a porcentagem ou teor a ser utilizado pela massa de solo seco.
Para a segunda condição utilizou-se a umidade ótima do solo natural e variou-se o teor de emulsão (2, 4, 6 e 8 %) e o tempo de aeração (0, 2, 3 e 4 h). Durante o tempo de aeração o material era mantido em bandejas abertas à temperatura de aproximadamente 25 ºC. É interessante lembrar que com a aeração ocorre evaporação da água e, portanto a redução da umidade. Para melhor verificar o efeito da aeração foram realizados ensaios para os teores de 2, 4, 6 e 8 % de emulsão asfáltica com um tempo de aeração de 2 h e com reposição da umidade evaporada.
A definição clássica de teor de umidade em materiais granulares é a relação entre massa de água e a massa de solo. Entretanto, no caso de solos estabilizados com emulsão, o asfalto residual pode ser considerado como sólido ou como fluído. A emulsão asfáltica RL-1C utilizada possui 38 % de solução aquosa e 62 % de asfalto residual ou betume.Certamente o material é um fluído durante a mistura, mas se torna semi-sólido à temperatura ambiente após a ruptura da emulsão. Desta forma surgem outras definições alternativas de umidade de compactação, dependendo de se considerar o asfalto residual como uma fase sólida ou líquida.
Considerando-se o material asfáltico com um sólido, sua massa deve ser somada a massa de solo, definindo-se uma umidade (w1) como:
(1)
Caso a emulsão seja considerada como um fluido, sua massa deve ser somada á massa de água, sendo a curva de compactação traçada em função do teor de fluidos (TF), conforme a Equação 2:
(2)
O peso específico úmido () foi calculado conforme a Equação 3:
(3)
Onde, g = aceleração da gravidade (m/s2).
Sendo o peso específico seco (d) obtido com a divisão do peso específico úmido pelo valor de umidade (wi= w, w1 ou TF), conforme a Equação 4:
(4)
Os ensaios de compressão simples foram realizados aproveitando-se os corpos-de-prova resultantes dos ensaios de compactação, os quais foram rompidos com velocidade de 1 mm/min. Estes corpos-de-prova diferem dos utilizados nos ensaios de compressão simples por não possuírem a relação diâmetro altura igual a 1:2, sendo o diâmetro próximo a 100 mm e a altura próxima a 130 mm. Lucena et al. [5] realizaram ensaios de compressão simples para corpos-de-prova de 200 mm e 130amm de altura, ambos com 100 mm de diâmetro, verificando que os corpos-de-prova com 130 mm de altura oferecem maior resistência à compressão simples. No entanto, a diferença entre resultados de ensaios realizados com corpos-de-prova de mesma altura é mantida.
Foram realizadas ainda análises à Microscópio Eletrônico de Varredura com a amostra de solo e solo-emulsão compactados e ensaios de sucção pelo método do papel filtro.



  1. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS




    1. Caracterização Geotécnica, Química e Mineralógica

Os resultados da caracterização geotécnica estão apresentados na Tabela 1. Por meio dos ensaios com e sem defloculante verifica-se que este solo possui certa parcela de material que não sofre desagregação na presença de água, indicando certo grau de intemperismo do mesmo. Com os resultados de limites de consistência e granulometria foi possível o cálculo do índice de atividade de Skempton (Ias) da parcela fina do solo. Valores menores que 0,7 indicam argilas inativas.




Peso Específico

dos grãos



Com defloculante

Sem defloculante

wL

wP

IP

Ias

Areia

Silte

Argila

Areia

Silte

Argila

(kN/m3)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

-

25,99

74,0

8,0

18,0

70,0

30,0

0,0

26

14

12

0,6

TABELA 1: Caracterização Geotécnica.
O resultado da caracterização química pode ser verificado na Tabela 2.


Grandeza

Valores

Unidade

Grandeza

Valores

Unidade

pH em água

5,3

-

Valor T ou C.T.C.

4,15

mE/100ml

pH em KCl

4,0

-

Saturação de Alumínio (%Al)

38,0

%

pH

-1,3

-

Saturação de Bases (%V)

28,0

%

Acidez Total (H + Al)

3,0

mE/100ml

Matéria Orgânica (MO)

6,2

g/kg

TABELA 2: Caracterização Química.
Os valores de pH, medidos em água destilada e em solução KCl 1N, foram de 5,3 e 4,0 respectivamente, caracterizando solos ácidos. Os solos ácidos podem indicar solos com maior floculação, como tinha sido verificado nos ensaios de granulometria com e sem defloculante. O pH obtido para esta amostra (valor negativo) indica que não há predomínio de óxidos de ferro e alumínio.
A CTC pode ser analisada juntamente com os resultados de mineralogia. Verifica-se que o valor de CTC obtido para esta amostra é relativamente baixo, podendo ser devido à influência da presença da caulinita (CTC: 3-15 mE/100ml) e quartzo na amostra. Estes valores de CTC podem indicar também que a porcentagem de vermiculita presente na amostra não é suficiente para influenciar as propriedades químicas da amostra, visto que a CTC deste mineral varia de 100 a 150 mE/100ml.
Os minerais identificados pela difração de raios-x são apresentados na Tabela 3.


Minerais

Fração maior que 0,495 mm

Fração menor que 0,495 mm

Picos mais intensos

caulinita e quartzo

caulinita

Picos menos intensos

Ilita

ilita e quartzo

Minerais traço

vermiculita

vermiculita

TABELA 3: Caracterização Mineralógica.
No difratograma do material retido em peneira de 30 mesh Tyler (0,495 mm) a presença do quartzo e da caulinita foi verificada por meio de picos bem definidos, estreitos e simétricos. Este fato caracteriza minerais com estrutura cristalina bem definida, podendo indicar ainda uma maior porcentagem deste mineral na amostra. No difratograma da fração fina, o pico de quartzo possui menor intensidade, indicando que o mineral também está presente na parte fina, mas provavelmente em menor quantidade. A caulinita, elemento mais intenso na fração fina, em geral, é encontrada em solos maduros que sofreram algum tipo de intemperismo e apresenta, geralmente, pequena capacidade de troca de cátions e baixa atividade. A presença da ilita foi verificada por meio de picos pouco intensos e largos e a vermiculita aparece como mineral traço. É interessante verificar que o índice de atividade de Skepton do solo investigado (Ias=0,6) tem um valor intermediário entre o índice da ilita (Ias=0,38) e o da caulinita (Ias=0,90), corroborando com os resultados da análise mineralógica.


    1. Compactação do Solo Natural e Compactação Solo-Emulsão




      1. Variação da Umidade para Teor de Emulsão Constante

As Figuras 1a e 1b apresentam as curvas de compactação para o solo natural e para o solo com adição de 4 % e 8 % de emulsão asfáltica. A Figura 1a mostra a relação entre a umidade (w1) e o peso específico considerando-se o material asfáltico como sendo um material sólido. A Figura 1b apresenta a relação entre o teor de fluidos (TF) e o peso específico seco calculado com este teor, considerando-se o material asfáltico como fluido.



a

b

100%

90%

80%

70%

FIGURA 1: Curvas de Compactação para Umidade - w1 e Teor de Fluidos.


Com relação à Figura 1a, observou-se a sobreposição parcial do ramo seco das três curvas de compactação. Nos solos contendo finos, o ramo seco da curva de compactação é geralmente bastante afetado pela sucção. No caso em apreço, embora não se disponha da curva característica para 8 % de emulsão, dois efeitos se contrapõem influenciando o peso específico seco. O teor de betume, devido a sua menor densidade, atuaria gerando a redução do peso específico seco, enquanto, conforme será mostrado na Figura 9, o mesmo betume atuaria reduzindo a sucção e, portanto facilitando a compactação. No presente caso o somatório dos dois efeitos estariam conduzindo o solo a valores semelhantes de peso específico aparente seco no ramo seco das curvas (Figura 1a).
Na Figura 1b observa-se a sobreposição parcial e a continuidade do ramo úmido das curvas de compactação para os três teores de emulsão. A linha ótima, traçada ligando-se os teores de fluido ótimos, é bem definida e se situa próxima ao ramo úmido do solo natural (sem emulsão). Com isso, para o solo estudado, torna-se possível obter de modo aproximado o peso específico aparente seco para um teor de emulsão qualquer, encontrando-se no ramo úmido da curva de compactação do solo natural o teor de fluido correspondente ao teor de umidade ótimo mais o teor de asfalto residual. Isto é possível simplesmente porque a densidade do betume ou do asfalto residual é aproximadamente a mesma que a da água (1 g/cm3).
A Figura 2 apresenta a relação entre umidade e peso específico, quando esta é considerada como a relação entre a quantidade de água e a quantidade de solo.

FIGURA 2: Curva de Compactação para Umidade - w.


Segundo Bueno et al. [8], somando-se a massa de solo seco com a massa de betume, tem-se a massa total seca da mistura. Para estes autores, a quantidade ótima de água para a mistura é encontrada multiplicando-se a porcentagem ótima de água, obtida no ensaio de compactação do solo natural, pela massa total seca da mistura. Com auxílio das Figuras 1a e 2 verifica-se que a umidade ótima do solo natural coincide com a ótima do solo-emulsão, somente quando se considera a umidade como sendo a relação entre água e solo. No entanto, quando se considera, como Bueno et al. [8], a umidade como a relação entre a água e os sólidos totais, a umidade da mistura solo-emulsão é menor que a umidade do solo natural. Do ponto de vista prático, caso isto se confirme para outros solos, trabalhar com a hipótese da Figura 2 é interessante pois torna a umidade ótima independente do teor de betume.


      1. Variação do Tempo de Aeração e do Teor de Emulsão

Na Figura 3 são apresentados os valores de umidade, peso específico seco para os teores de 0, 2, 4, 6 e 8 % de emulsão, variando o tempo de aeração para 0, 2, 3 e 4 horas e ainda as curvas de compactação apresentadas na Figura 1a. Verifica-se para os teores de 0, 4 e 8% de emulsão que a variação que ocorre nos resultados segue a curva de compactação, ou seja, com a aeração não ocorrem alterações nos valores de peso específico além daqueles oriundos da redução da umidade. Na Figura 3 verifica-se ainda a redução do peso específico com a adição de emulsão asfáltica. Nos ensaios realizados com reposição da umidade evaporada durante o tempo de aeração também foram obtidos valores de peso específico seco próximos aos dos demais ensaios com mesma umidade, indicando que com a aeração não ocorrem modificações significativas na interação solo-betume.



0%

4%

8%

FIGURA 3: Valores de d e w1 para Diferentes Teores e Tempos de Aeração.


Na Figura 4 são apresentados os valores de peso específico e teor de fluido.

0%

4%

8%

FIGURA 4: Valores de d e TF para Diferentes Teores e Tempos de Aeração.




    1. Resistência à Compressão Simples




      1. Variação da Umidade para Teor de Emulsão Constante

As Figuras 5a e 5b, respectivamente, apresentam os resultados da resistência à compressão simples e do módulo secante para os teores de 0, 4 e 8 % de emulsão com a variação da umidade. Nestes ensaios as amostras foram compactas logo após a mistura, ou seja, com tempo de aeração igual a zero.


Observou-se que para o teor de 4 % de emulsão a melhor resistência foi obtida com umidade de 5,9 %, mas já para o teor de 8 % de emulsão a resistência se mantém praticamente constante no ramo seco até o terceiro ponto. Apesar do maior valor de resistência para o teor de 4 % ter sido observado no ramo seco, durante a realização do ensaio verificou-se dificuldade de homogeneização do material nesta condição devido à ruptura prematura da emulsão.
Na Figura 5b é possível constatar a diminuição do módulo com o aumento da umidade, indicando aumento da deformabilidade do material, exceto para o segundo ponto da mistura de 4 % de emulsão, que se mostrou disperso, apresentando valor bem maior que os demais.

a

b

FIGURA 5: Influência da Umidade na Resistência e no Módulo do Material.




      1. Variação do Tempo de Aeração e Teor de Emulsão para Umidade Constante

Nas Figuras 6 e 7, respectivamente, observa-se a variação da resistência e do módulo secante em função do tempo de aeração. Os valores de resistência e módulo secante apresentados nas duas figuras foram determinados ao submeter os corpos-de-prova apresentados nas Figuras 3 e 4 ao ensaio de compressão simples. Estes corpos-de-prova foram misturados na umidade ótima, mas perderam água por evaporação ao serem submetidas a aeração.


Na Figura 6 observou-se que não ocorreu um efetivo aumento da resistência da mistura solo-emulsão com relação aos valores para o solo natural e que para os teores de 6 % e 8%, ao contrário, ocorreu a diminuição da mesma. Para os teores de 2 % e 4 % de emulsão alguns valores de resistência são superiores ao obtido para o solo natural com 0 h de aeração, mas este comportamento não é mantido quando se aumenta o tempo de aeração, mostrando a maior influência da sucção no solo natural.
Enquanto há um claro ganho de rigidez com o tempo de aeração para a amostra sem betume, este ganho é menos acentuado para as amostras com emulsão. Aparentemente, a emulsão pode estar bloqueando os vazios e ajudando a manter o teor de umidade das amostras como sugerido por Kézdi & Rétháti [2]. O ganho de rigidez com o tempo de aeração na amostra sem betume se deve basicamente ao aumento de sução mátrica com a secagem do solo.

FIGURA 6: Variação da Resistência com o Tempo de Aeração e Teor de Emulsão.


FIGURA 7: Variação do Módulo para Diferentes Teores o e Tempos de Aeração.




    1. Microscópio Eletrônico de Varredura

Na Figura 8 são apresentadas duas análises de MEV para o solo natural, com ampliações de 200 e 1000 vezes o tamanho original, onde é observada a presença de grãos esféricos de quartzo, envolvidos por plasma constituído de material argiloso. Nota-se a presença de macro-poros e o contato entre os grãos.


FIGURA 8: Amostra solo Natural.


Nas Figuras 9 e 10 são apresentadas análises de MEV para o solo com 4 % e 8 % de emulsão, com ampliações de 200 e 1000 vezes o tamanho original. Na Figura 9 é observada a formação de grumos e também são visualizados macroporos. Para a ampliação de 1000 vezes é observada grande quantidade de micro-poros no plasma correspondente à mistura argila-asfalto. Na ampliação de 200 vezes da Figura 10 não são visualizados os grãos esféricos apresentados nas Figuras 8 e 9 e na ampliação de 1000 vezes observa-se um grão de quartzo envolvido pela massa de argila-asfalto. Nota-se que para esta mistura que a quantidade de micro-poros é ainda aparentemente superior ao apresentado pela amostra com 4 % de emulsão.

FIGURA 9: Solo Estabilizado com 4 % de Emulsão Asfáltica.


FIGURA 10: Solo Estabilizado com 8 % de Emulsão Asfáltica.



    1. Curva Característica

Com auxílio da curva característica apresentada na Figura 11 verifica-se que entre as umidades de 8 e 10 % dos dois ensaios tem-se uma queda brusca da sucção, demonstrando assim que pequenas perdas de umidade neste trecho geram considerável acréscimo da sucção. Isto explica a mudança brusca de resistência e rigidez do solo natural e estabilizado para umidades acima das ótimas, as quais se encontram justamente neste intervalo. Observa-se ainda que com a adição do material asfáltico ocorre uma redução da sucção para um dado teor de umidade. Isto se deve, provavelmente a dois fatores, a película de betume que atuaria diminuindo a interação solo-água e a alteração estrutural gerada pela presença da emulsão, conforme visto nas micro-análises. Tal constatação explica, pelo menos em parte, a redução de rigidez e resistência com o aumento do teor de emulsão (vide Figuras 6 e 7).


FIGURA 11: Curva característica - Ensaio de Sucção por Papel Filtro.





  1. CONCLUSÕES

Os resultados apresentados permitem concluir que:




  • Ao se considerar a relação w = Págua/Psolox100 obtém-se a umidade ótima do solo natural muito próxima à umidade ótima do solo-emulsão;




  • À medida que se aumenta o teor de emulsão obtêm-se curvas de compactação com menores valores de peso específico. Esta diminuição do peso específico seco provavelmente se deve à interferência da densidade do asfáltico que é próximo ao da água e a rearranjos estruturais distintos;




  • Em termos de resistência observou-se que os resultados obtidos para a mistura solo-emulsão diminuem (teor 4 %) ou se mantém constantes (teor 8 %) com o aumento de umidade no ramo seco, passando a diminuir de modo significativo no ramo úmido. Há que se destacar no entanto, principalmente para 4 % de emulsão, a maior rigidez e dificuldade de homogeneizaçao do material no ramo seco;

  • Com relação ao tempo de aeração, constatou-se que as alterações de resistência e rigidez estavam geralmente associadas a variações de umidade e não ao fator aeração;




  • Os resultados mostram que a resistência do solo tende a diminuir com o aumento do teor de emulsão. Tal diminuição está pelo menos em parte associada a queda nos valores de sucção;




  • As análises micro-estruturais mostraram que apenas a fração fina, interage com a emulsão asfáltica, formando uma massa que se distribui ao redor de partículas de areia. Esta massa de argila mais asfalto (massa plástica) deve em princípio promover um aumento da coesão.



  1. PALAVRAS-CHAVE

Solo-emulsão, estabilização de solos, compactação, barragens.





  1. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] STRABAG (1990) – “Asphaltic Concrete Cores for Earth and Rockfill Dams”, 99. STRABAG Tiefbau Gmbh, Brochure nº51;


[2] KÉZDI, A. & RÉTHÁTI, L.(1988) – “Handbook of soil Mechanics - Soil Mechanics of Earthworks, Foundations and Highway Engineering”, 3: 227-317. Amsterdam;
[3] YODER, E.J. & WITCZAK, M.W. (1975) – “Principles of Paviment Design”, John Wiley & Sons, INC, New York;
[4] FERREIRA, A.M. (1980) – “Estudo de três solos estabilizados som uma emulsão asfáltica catiônica”, 99. Dissertação de Mestrado, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, Campina Grande, PB;
[5] LUCENA, F.B., FERREIRA, H.C. & ARAÚJO, R.N.A. (1982) – “Uso de emulsão catiônica na estabilização de solos lateríticos”, 2:IV65-IV91. 17ª Reunião Anual de Pavimentação, ABPv, Brasília, DF;
[6] GUARÇONI, D.S., MATTOS, A.B.G. & GONÇALVES, N.R. (1988) – “Estabilização de solos com betume - técnicas de execução”, 447-483. 23ª Reunião Anual de Pavimentação, ABPv, Florianópolis, SC;
[7] CARVALHO, C.A.B., DOURADO Filho, J. & ESPÍRITO SANTO, N.R. (1992) – “Uma análise de desgaste e de resistência à compressão simples - mistura solo-betume”, 1: 150-164. 26ª Reunião Anual de Pavimentação, ABPv, Aracaju, SE;
[8] BUENO, B.S., CARVALHO, C.A.B., DOURADO FILHO, J. & LIMA, D.C. (1991) – “Estudo experimental em laboratório de solos estabilizados com betume”, 455-468. 25ª Reunião Anual de Pavimentação, ABPv, São Paulo, SP.

XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens


Compartilhe com seus amigos:


©ensaio.org 2017
enviar mensagem

    Página principal