Estabilização solo-betume

Os materiais betuminosos são, por definição, uma associação de hidrocarbonetos pesados, solúveis em bissulfeto de carbono (CS2), possuindo

a propriedade de aderência aos agregados, agindo como um aglutinante e impermeabilizante. Os mais comuns são os asfaltos e os alcatrões e no Brasil, os mais utilizados são os diluídos e os emulsionados (LIMA; BUENO,1981).

De acordo com Souza (1980) os asfaltos são betumes que podem ser encontrados no estado natural ou através da refinação do petróleo, sendo designados nesse último caso por asfaltos residuais de petróleo, sendo que

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estes constituem a maior parcela dos materiais asfálticos usados na pavimentação rodoviária. Esse autor destaca, ainda, os seguintes tipos de asfalto correntemente empregados em pavimentação:

- cimentos asfálticos de petróleo – designados no Brasil como CAP, são os produtos básicos provenientes da destilação de certos tipos de petróleo; são empregados a quente, exigindo o aquecimento não só do ligante como também do agregado, sendo ideais para pavimentação em virtude de suas propriedades aglutinantes, impermeabilizantes, flexibilidade, durabilidade e alta resistência à ação dos ácidos, sais, e álcalis;

- asfaltos diluídos ou cut-backs – são diluições de cimentos asfálticos em solventes de petróleo de volatilidade apropriada, empregados quando há necessidade de eliminação ou moderação do aquecimento; são classificados em três categorias, em função do tempo de cura, determinadas pela natureza dos diluentes utilizados: (i) asfaltos diluídos de cura lenta (óleo diesel); (ii) asfaltos diluídos de cura média (querose); e (iii) asfaltos diluídos de cura rápida (gasolina);

- emulsões asfálticas – obtidas da combinação de água mais o asfalto aquecido, em meio intensamente agitado e na presença de agentes emulsificantes, que têm a finalidade de dar estabilidade à mistura, favorecendo a dispersão e o revestimento dos glóbulos de betume de uma película protetora, mantendo-os em suspensão; esses emulsificantes são divididos em ânionicos (sabões) e cátionicos (sais de amina). Os emulsionantes são usados de 0,5 a 1,5 % em peso da emulsão, sendo a quantidade de material betuminoso da ordem de 60 e 70 %. De acordo com sua estabilidade, as emulsões são classificadas em: (i) emulsões de ruptura rápida; (ii) emulsões de ruptura média; e (iii) emulsões de ruptura lenta.

Segundo Silva (1968) os alcatrões são betumes de condensação produzidos numa destilação destrutiva de matérias orgânicas, tais como os carvões minerais e vegetais, o petróleo ou a madeira, possuindo as seguintes propriedades de interesse para a sua utilização em pavimentos rodoviários: (i)

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resistência à água; (ii) melhor adesividade que os asfaltos, recobrindo melhor os agregados molhados ou contaminados com pó; (iii) maior poder de umectação; e (iv) envelhecem mais por perda de voláteis, enquanto os asfaltos o fazem por oxidação.

Possuem, entretanto, maior suscetibilidade térmica que os asfaltos, o que faz com que sejam mais fluidos em altas temperaturas e mais quebradiços no inverno (SOUZA, 1980); continua, o autor que, a maior porcentagem dos alcatrões usados em pavimentação é obtida como subproduto nas coquerias de usinas siderúrgicas.

Lima e Bueno et al., (1993, p. 21) descrevem da seguinte forma as modalidades de misturas com materiais betuminosos:

- areia-betume - é a modalidade mais difundida, não só pela facilidade com que se pode controlar a qualidade da mistura, mas por ser economicamente competitiva face a outros processos de estabilização química; os finos do solo devem se situar na faixa de 5 a 12 %, sendo em areias mono-granulares admitido o quantitativo da ordem de 25 %, desde que o IP seja preferencialmente menor que 6 %;

- solo-betume - engloba as misturas de materiais betuminosos e solos argilo-siltosos e argilo-arenosos compactados; busca-se com o ligante uma ação impermeabilizante que garanta a constância do teor de umidade da mistura após a compactação.

- pedregulho arenoso-betume - difere das demais, pois encontra-se em uma condição intermediária entre as areias e os outros solos granulares; nessa estabilização, o betume deve gerar efeitos de coesão entre as partículas grossas e, ao mesmo tempo, ser capaz de manter intacta a coesão existente na fração fina. Os finos do solo devem ser inferiores a 12 % e o IP inferior a 10 %.

Para Rico e Del Castillo (1977) a maioria dos solos é adequada à estabilização com betume, fazendo, no entanto, recomendações quanto à granulometria (10-50 % de finos em solos argilosos) e à plasticidade (LL ≤ 40 % e IP ≤ 18 % para solos argilosos). Segundo Winterkorn (1975) os solos

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coesivos atingem capacidade de suporte satisfatória com baixos valores de betume. De acordo com Agra e Lucena et al., (1992) teores entre 2 e 4 % de betume quando incorporados a solos do Nordeste, de uma forma geral, apresentam melhores respostas para a RCNC e para o peso específico aparente seco máximo.

Lucena e Araújo et al., (1983) mencionaram que a adição de até 2 % de betume na mistura funciona como um agente aglutinante e lubrificante entre os grãos do solo. Bezerra et al., (1983 apud PESSOA, 2004) verificaram que para os teores subseqüentes, o betume passou a agir apenas como lubrificante, uma vez que a fase líquida da emulsão foi aumentada pela sua água e solvente, tornando a mistura demasiadamente plástica e pouco resistente; mencionaram, também, os autores que o aumento progressivo do teor de betume no solo influenciou no peso específico aparente seco, gerando um acréscimo da mesma até um ponto de máximo, à partir do qual, começa a decrescer na proporção em que se dá a incorporação do aditivo.

Yoder (1975 apud MOMM, 1983) descreveu que a estabilização dos solos com materiais betuminosos é satisfatória para solos granulares, solos granulares finos, areias e cascalhos, quando enquadrados nas faixas ilustradas no Quadro 3.16.

Quadro 3.16 – Características dos solos para estabilização com betume

Solo Betume

Tipo Valores Adequados Tipo % Média

LL ≤ 40 % Granular Fino IP ≤ 18% Emulsões de RM e RL 4 - 8 % # 200 ≤ 25 % Solo Arenoso IP ≤ 12 % CAP: 85-100 E 120-50, Emulsões e CR 4 - 10 % # 200 ≤ 15 % Saibro e Cascalho IP ≤ 12 % CR e CAP 2 - 6

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A adição de betume a solos granulares provoca aglutinação entre as partículas, aumentando a parcela de coesão ou cimentação e, em geral, reduz o ângulo de atrito interno (SILVA, 1968; SOUZA, 1980). Entretanto, Lima e Machado et al., (2003, p. 79) chamam a atenção que um excesso de teor de betume pode levar o solo a um comportamento predominantemente plástico, ou seja, uma espessura maior da película do ligante pode reduzir substancialmente o ângulo de atrito interno, com conseqüente redução da resistência mecânica.

Em solos argilosos, a presença do betume leva ao bloqueio dos vazios, impermeabilizando o solo e mantendo o seu teor de umidade de compactação (SILVA, 1968; LIMA; MACHADO; CARVALHO et al., 2003, p. 79-80). O primeiro dos autores destacou que caso o solo seja compactado no ramo seco, pressões que se estabelecerem no interior da massa permanecerão inalteradas pelo efeito da impermeabilização, sendo possível contar com a contribuição da coesão aparente ou sucção do solo para o aumento das tensões efetivas das misturas.

Algumas experiências com solos brasileiros:

a) Solos da microrregião de Viçosa (MG)

Bueno e Lima (1991) e Bueno (1996) estudaram os solos argiloso A-7- 5 (20) e arenoso A-2-4 (0), da Microrregião de Viçosa em misturas com betume. O material betuminoso tratou-se de uma emulsão asfáltica catiônica de ruptura lenta (RL-1C), sendo empregada nas misturas nos teores de 2, 3, 4, 5, 6 e 7 %. Realizaram-se ensaios de compressão não confinada e CBR, sendo a compactação das misturas solo-betume, efetuadas na energia do ensaio Proctor normal.

O Quadro 3.17 traz a ilustração dos resultados obtidos pelos autores; com relação à RCNC, nota-se que a adição de betume teve comportamentos distintos em relação a ambos os solos: (i) levou a reduções significativas na RCNC do solo A-7-5 (20); e (ii) produziu aumentos na resistência para o solo A-

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2-4 (0), sendo o teor ótimo de ligante de 2 % (ganho de mais de 100 % na RCNC). Com relação ao CBR e a expansão medida neste ensaio, para ambos os solos, os autores obtiveram reduções nesses índices pela adição do betume.

Quadro 3.17 – RCNC, CBR e expansão das misturas solo-betume

Solo A-7-5 (20) Solo A-2-4 (0)

Betume (%) RCNC* (kPa) CBR** (%) Exp.** (%) RCNC* (kPa) CBR** (%) Exp.** (%) 0 220 13,0 0,1 80 15,0 0,4 2 165 11,0 0,1 168 12,5 0,3 3 170 11,0 0,1 150 12,6 0,2 4 150 9,0 0,1 138 13,1 0,2 5 110 9,0 0,1 115 12,0 0,2 6 125 7,0 0,1 100 11,0 0,2 7 90 7,0 0,1 90 9,0 0,2 Fonte: *Bueno (1996); ** Bueno e Lima (1991).

Variando o teor de betume e o período de exposição da mistura solo- betume antes da compactação, na energia do ensaio Proctor normal, Carvalho e Filho et al., (1992), fazendo uso de uma emulsão asfáltica RL-1C, constataram a não ocorrência de variações significativas no teor ótimo de umidade e no peso especifico seco máximo da misturas solo-betume; entretanto, a RCNC variou com o teor de betume e com o período de exposição. O Quadro 3.18 evidencia os melhores resultados da RCNC para o solo arenoso A-2-4 (0), de Viçosa-MG, com 4 horas de exposição da mistura, antes da compactação.

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Quadro 3.18 – RCNC das misturas solo-betume

Misturas RCNC (kPa)

Solo + 5 % betume 125 Solo + 7 % betume 100 Solo + 9 % betume 135 Fonte: Carvalho e Filho et al., (1992).