LUCAS FONSECA FERNANDES

LUCAS FONSECA FERNANDES

ESTABILIZAÇÃO DE SOLO TÍPICO DE NATAL/RN COM

EMULSÃO ASFÁLTICA PARA FINS DE PAVIMENTAÇÃO

NATAL-RN

2020

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

Lucas Fonseca Fernandes

Estabilização de solo típico de Natal/RN com emulsão asfáltica para fins de pavimentação

Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade Monografia, submetido ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos necessários para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Civil.

Orientador: Prof. Dr. Osvaldo de Freitas Neto Coorientador: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França

Natal-RN 2020

Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Biblioteca Central Zila Mamede

Setor de Informação e Referência

Raimundo Muniz de Oliveira - CRB/15 - 429 Fernandes, Lucas Fonseca.

Estabilização de solo típico de Natal/RN com emulsão asfáltica para fins de pavimentação / Lucas FonsecaFernandes. - 2020.

73f.

Monografia (Graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil, Natal, 2020. Orientador: Dr. Osvaldo de Freitas Neto.

Coorientador: Dr. Fagner Alexandre Nunes de França

1Rodovias - Monografia. 2. Estabilização de solos - Monografia. 3. Emulsão Asfáltica - Monografia. 4. Índice de Suporte Califórnia – Monografia. I. Freitas Neto, Osvaldo de. II. França, Fagner Alexandre Nunes de. III. Título. RN/UF/ CDU 624

Lucas Fonseca Fernandes

Estabilização de solo típico de Natal/RN com emulsão asfáltica para fins de pavimentação

Trabalho de conclusão de curso na modalidade Monografia, submetido ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos necessários para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.

Aprovado em 08 de Dezembro de 2020:

___________________________________________________

Prof. Dr. Osvaldo de Freitas Neto

___________________________________________________

Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França

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Prof. Dr. Moacir Guilhermino da Silva – Examinador interno

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Prof. Dr. Ênio Fernandes Amorim– Examinador externo

Natal-RN 2020

DEDICATÓRIA

Dedico a eles: meu começo, meio e fim. Minha base e referência, que nunca mediram esforços para me proporcionar tudo do melhor.

AGRADECIMENTOS

Ao Professor e Orientador Osvaldo de Freitas Neto por toda dedicação e paciência nesse período, além de todos os ensinamentos passados e oportunidades que me ofereceu.

Ao Professor, Coorientador e amigo, Fagner Alexandre Nunes de França, por ter sido minha primeira inspiração na graduação, me apoiando e incentivando.

Aos meus pais, Stanley Fernandes e Crystianne Fernandes, que estão e estiveram comigo desde o princípio, cuidando com muito amor e zelo para que eu pudesse e possa conquistar tudo que almejo. Por serem minha fortaleza e por toda a paciência e compreensão.

À minha irmã Fernanda, que sempre foi uma inspiração de dedicação e competência, que esteve ao meu lado em todos os momentos e sempre me incentivou ir além.

Ao meu irmão Gabriel, por estar sempre comigo. À toda minha família, pelo carinho e torcida.

Ao meu amigo Tiago, por estar ao meu lado todos os dias me incentivando e me inspirando e principalmente pelo positivismo de enxergar em mim um futuro brilhante.

À minha amiga Bruma Morganna, por ser um grande exemplo de aluna e pesquisadora e que me inspirou essa pesquisa, contribuindo de forma significativa.

Ao meu amigo Marcus Vinícius, que esteve ao meu lado durante toda graduação, onde pudemos realizar muitas trocas e em especial na realização desta pesquisa.

Aos meus amigos da graduação André Feijó, Guilherme Freire, Djalma Neto, Maria Clara Eufrásio, Mariah Liberato, Marcelo Melo e Matheus Prudlik, por todos os momentos compartilhados e vencidos.

À todos os meus amigos que estiveram sempre do meu lado, me ouvindo, me ajudando e torcendo por mim.

Aos bolsistas do laboratório Hítalo Rhângelo, Allan Benício, Romário Amaro e Valteson da Silva pela companhia nas horas que passamos juntos no laboratório e principalmente por toda a ajuda na realização desta pesquisa.

Ao professor John Kennedy Guedes, por contribuir com este trabalho, fornecendo parte do material necessário.

RESUMO

Estabilização de solo típico de Natal/RN com emulsão asfáltica para fins de pavimentação

As rodovias são o modal mais utilizado para o escoamento de cargas e pessoas no Brasil, o que torna necessário grandes investimentos nelas. Entretanto, é comum que os solos disponíveis para construção não possuam as características necessárias para garantir qualidade. Surge então a necessidade de realizar mais estudos a fim de promover a melhoria dessas rodovias. Dentre as alternativas de melhorias, a estabilização dos solos consiste em alterar as características do solo disponível. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento de um solo da cidade de Natal/RN com características pouco adequadas para uso na pavimentação, após a estabilização deste com emulsão asfáltica. O solo caracterizado como areia siltosa bem-graduada (SM-SW) foi misturado com uma emulsão de ruptura rápida (RR-2C). Posteriormente foram realizados ensaios de Índice de Suporte Califórnia (CBR) que foram correlacionados com o Penetrômetro Dinâmico de Cone (DCP) para então comparar os resultados obtidos com resultados disponíveis para o solo puro. As misturas foram feitas em três teores de emulsão (3%, 5% e 7%) e os ensaios realizados em três condições: sem cura e sem imersão, sem cura e com imersão, com cura de 7 dias e com imersão. Os resultados mostraram que a mistura de emulsão promove uma redução da capacidade de suporte quando comparado ao solo puro, mas por outro lado as correlações entre CBR e DCP apresentaram ajustes mais adequados e maiores valores de coeficientes de determinação (R²), na maior parte das amostras, todos acima de 0,80. Os resultados também mostram a importância da cura, haja vista que os valores de capacidade de suporte foram elevados, quando comparados com os valores das amostras da mistura sem cura, mas não superiores aos do solo puro. Tudo isso corrobora para atestar que o uso de emulsão asfáltica de ruptura rápida como estabilizador tende não ser satisfatório.

Palavras-chave: Rodovias. Estabilização de solos. Emulsão Asfáltica. Índice de Suporte Califórnia. Penetrômetro Dinâmico de Cone.

ABSTRACT

Stabilization of typical soil from Natal/RN with asphalt emulsion for paving purposes

Highways are the most used modal for the transportation of cargo and people in Brazil, which makes large investments necessary in the area. However, it is common that the soils available for construction do not have the necessary characteristics to guarantee quality. Then there is the need to carry out further studies in order to promote the improvement of these highways. Among the alternatives for improvement, soil stabilization consists in amend the characteristics of the soil already available. Thus, this work aims to evaluate the behavior of a soil in the city of Natal/RN with characteristics that are not very suitable for use in paving, after its stabilization with asphalt emulsion. The soil characterized as well-graded silty sand (SM-SW) was mixed with a fast breaking emulsion (RR-2C). Subsequently, the California Bearing Ratio (CBR) tests were performed, which were correlated with the Dynamic Cone Penetrometer (DCP) to then compare the results obtained with results available for pure soil. The mixtures were made in three levels of emulsion (3%, 5% and 7%) and the tests were carried out in three conditions: without curing and without immersion, without curing and with immersion, with curing for 7 days and with immersion. The results showed that the addition of emulsion promotes a reduction of the support capacity when compared to pure soil, but on the other hand the correlations between CBR and DCP showed more adequate adjustments and higher values of determination coefficients (R²), in most of the samples, all above 0.80. The results also show the importance of the cure, given that the carrying capacity values were high, when compared with the values of the samples of the mixture without curing, but not higher than those of pure soil. All of this corroborates to attest that the use of fast-breaking asphalt emulsion as a stabilizer is not satisfactory.

Keywords: Highways. Soil stabilization. Asphalt Emulsion. California Bearing Ratio. Dynamic Cone Penetrometer.

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1. Estrutura do pavimento: (a) pavimento rígido (corte longitudinal); (b) pavimento flexível (corte transversal).

17

Figura 2.2. Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas. 20 Figura 2.3. Curvas de compactação de um solo A-2-4 de Icapuí (CE) suas misturas

com emulsão. 22 Figura 2.4. Figura 2.5. Figura 2.6. Figura 2.7. Figura 2.8. Figura 2.9. Figura 2.10. Figura 2.11. Figura 3.1. Figura 3.2. Figura 3.3. Figura 3.4. Figura 4.1. Figura 4.2. Figura 4.3. Figura 4.4.

Curvas de compactação de um solo A-4 de Morada Nova (CE) e suas misturas com emulsão.

Curvas de compactação de um solo A-4 de Quixeré (CE) e suas misturas com emulsão.

Resultados dos ensaios de resistência à compressão simples de um solo A-2-4: (a) com emulsão RL e (b) com emulsão RM.

Resultados dos ensaios de resistência à compressão simples de um solo A-7-5: (a) com emulsão RL e (b) com emulsão RM.

Valores obtidos dos ensaios de CBR para três solos de Sergipe. Valores de CBR em função do teor de emulsão, com e sem cura. Penetrômetro dinâmico de cone (DCP).

Curva DCP.

Localização da área de estudo no Rio Grande do Norte (a) e em Natal (b).

Curva granulométrica.

Distribuição granulométrica do solo.

Orifício produzido pelo CBR (a). Preenchimento do orifício com disco de madeira (b). Face oposta do corpo de prova para realizar o DCP após posicionamento do disco espaçador (c). Realização do ensaio (d). Curvas de compactação da mistura solo-emulsão com 3% de emulsão comparadas às curvas de compactação do solo puro.

Curvas de compactação da mistura solo-emulsão com 5% de emulsão comparadas às curvas de compactação do solo puro.

Curvas de compactação da mistura solo-emulsão com 7% de emulsão comparadas às curvas de compactação do solo puro.

Curvas de compactação na energia normal.

23 23 26 27 29 29 30 32 39 40 40 46 49 49 50 50

Figura 4.5. Figura 4.6. Figura 4.7. Figura 4.8. Figura 4.9. Figura 4.10. Figura 4.11. Figura 4.12. Figura 4.13. Figura 4.14. Figura 4.15.

Curvas de compactação na energia modificada.

Relação entre o teor de umidade ótimo e teor de emulsão das misturas. Relação entre a massa específica aparente seca máxima e teor de emulsão das misturas.

Valores de CBR por teor de emulsão para cada condição de ensaio na energia normal de compactação.

Valores de CBR por teor de emulsão para cada condição de ensaio na energia modificada de compactação.

Variação do CBR após imersão em função do teor de emulsão. Correlação DCP x CBR de amostras sem cura e sem imersão. Correlação DCP x CBR de amostras sem cura e com imersão. Correlação DCP x CBR considerando todos os pontos.

Correlação DCP x CBR de amostras após cura e imersão. Todas as correlações desenvolvidas para mistura.

51 52 52 56 56 58 60 61 63 63 64

LISTA DE TABELAS Tabela 2.1. Tabela 2.2. Tabela 2.3. Tabela 2.4. Tabela 2.5. Tabela 3.1.

Resumo de resultados de compactação com mistura solo-emulsão. Tensões de rupturas obtidas no ensaio de compressão não imerso. Estudos de correlação desenvolvidos na condição sem cura e sem imersão.

Estudos de correlação desenvolvidos na condição sem cura e com imersão.

Estudos de correlação desenvolvidos na condição controle de execução.

Características da emulsão asfáltica.

24 25 35 37 38 41

Tabela 4.1. Resultados dos ensaios de compactação. 51

Tabela 4.2.

Tabela 4.3.

Tabela 4.4.

Tabela 4.5. Tabela 4.6.

Resultados da mistura solo-emulsão na condição sem cura e sem imersão.

Resultados da mistura solo-emulsão na condição sem cura e com imersão.

Resultados da mistura solo-emulsão na condição com cura e com imersão.

Valores de CBR por teor de emulsão para cada condição de ensaio. Correlações obtidas para a mistura.

54

55

55

55 65

LISTA DE SÍMBOLOS

SÍMBOLO SIGNIFICADO

ρd Massa específica seca

AASHTO American Association of State Highway Transportation Officials

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASTM American Society for Testing and Materials CAP CBR CNT DCP TRB ISC

Cimento Asfáltico de Petróleo

California Bearing Ratio

Confederação Nacional de Transporte

Dynamic Cone Penetrometer Transportation Research Board

Índice de Suporte Califórnia

MCT Miniatura, Compactado, Tropical

NBR Norma técnica brasileira

R² Coeficiente de determinação

SUCS Sistema Unificado de Classificação dos Solos

1. INTRODUÇÃO ... 13

1.1 OBJETIVOS ... 15

Objetivo geral ... 15

Objetivos específicos ... 15

OS OBJETIVOS ESPECÍFICOS DESTA PESQUISA SEGUEM LISTADOS ABAIXO:15 1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 15

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 17

2.1 PAVIMENTAÇÃO ... 17

2.2 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS ... 18

2.3 EMULSÃO ASFÁLTICA ... 20

2.4 MISTURA SOLO-EMULSÃO ... 21

2.5 ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (CBR) ... 27

2.6 ÍNDICE DE PENETRAÇÃO DINÂMICA DE CONE (DCP) ... 30

2.7 CORRELAÇÕES ENTRE DCP E CBR ... 32

3. MATERIAIS E MÉTODOS ... 39

3.1 ÁREA DE ESTUDO ... 39

3.2 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO ... 39

3.3 CARACTERIZAÇÃO DA EMULSÃO ... 41

3.4 PREPARO DA MISTURA SOLO-EMULSÃO ... 41

3.5 CAMPANHA EXPERIMENTAL ... 43

Ensaio de Compactação ... 44

Ensaio de Índice de Suporte Califórnia ... 44

Ensaio de Penetração Dinâmica de Cone ... 45

3.6 PROCESSO DE CURA ... 47

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 48

4.1 COMPACTAÇÃO ... 48

4.2 ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA... 54

4.3 CORRELAÇÕES ENTRE O ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA E PENETRAÇÃO DINÂMICA DE CONE ... 58

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 66

REFERÊNCIAS ... 68

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO

Segundo Anuário CNT do Transporte (Confederação Nacional do Transporte, 2019), a malha viária brasileira é responsável por cerca de 60% do transporte de mercadorias no país e esse número é elevado para 90% quando se fala no transporte de passageiros. A pesquisa, que percorreu 1.720.700 quilômetros em estradas federais, estaduais e municipais, revela que apenas 12,4% das rodovias são pavimentadas e o demonstrativo mais impactante se dá perante às condições dos pavimentos, em que se foi analisado que 59% da malha viária total apresenta alguma patologia e é classificada como regular, ruim ou péssima. Esse número se elava para 59,2% quando analisada a Região Nordeste e 65,6% para o estado do Rio Grande do Norte, o que nesse caso é um fator negativo, pois se encontra acima da média nacional.

Como o modal rodoviário é o mais utilizado para o escoamento de cargas no país, faz-se necessário então, um grande investimento na eficiência, qualidade e faz-segurança das rodovias. Estima-se de 1 a 2 bilhões de reais, por ano, para manutenção das rodovias federais, porém, acredita-se que seriam necessários cerca de 10 bilhões para recuperação de toda a malha viária federal, além do que, nas últimas décadas o investimento em infraestrutura rodoviária encontra-se bem aquém das necessidades do país, o que provoca uma crescente insatisfação do setor produtivo com esse nível de investimento (BERNUCCI et al., 2008).

Bernucci et al. (2008) define o pavimento de uma rodovia como uma estrutura de múltiplas camadas com espessuras bem definidas, executadas de modo a resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima, bem como propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança. Neste sentido, o solo é um dos elementos mais importantes na engenharia civil, seja em seu estado natural seja como insumo (CRUZ e JALALI, 2010).

De acordo com Cruz (2004) o papel do engenheiro civil é, então, construir suas estruturas sobre solos estáveis. Entretanto constantemente os solos disponíveis para construção não possuem as características desejadas e necessárias para garantir esta estabilidade. Diante disto, faz-se necessário tomar uma decisão relativamente à solução mais indicada para cada caso, e que irá contemplar uma das seguintes alternativas:

• Alterar o projeto adaptando-o ao solo existente;

• Abandonar o local e optar por outro com características dos solos mais favoráveis; • Substituir o solo local por outro de melhor qualidade;

• Alterar as características do solo existente de maneira a melhorar o seu comportamento, tornando-o capaz de responder de forma satisfatória às solicitações previstas.

Devido a questões técnicas, econômicas, sociais e ambientais, tem-se buscado novas tecnologias que empregam materiais alternativos à pavimentação convencional, o que torna a opção de alterar as características do solo existente, denominada de estabilização dos solos, uma das mais usuais. Esta estabilização se dá pela mistura do solo com diferentes materiais, sendo os materiais asfálticos, cimento Portland e cal os mais comuns (PACHECO, 2011).

A estabilização consiste, então, no tratamento do solo, por um processo mecânico, ou químico, que torna o solo estável para os limites de sua utilização e este permanece assim, mesmo sob a ação de cargas exteriores e ações climáticas (BATISTA, 1976).

A estabilização do solo com ligante betuminoso pode ser feita a partir de cimento asfáltico de petróleo, asfalto diluído ou emulsão asfáltica que é a mais empregada no Brasil (PACHECO, 2011). Segundo Ingles e Metcalf (1972 apud PACHECO, 2011), a emulsão recobre as partículas dos solos, o que proporciona maior coesão e impede que a umidade as atinja. Logo, a emulsão asfáltica não só aumenta a resistência do solo como também atua como impermeabilizante.

A escolha do tipo de estabilização a ser realizada deve levar em consideração a viabilidade técnica e econômica. Portanto, é necessário conhecer melhor os métodos de estabilização de solos, dos mais tradicionais até as novas técnicas disponíveis no mercado (BRITO e PARANHOS, 2017).

Nesse contexto, surge também a possibilidade de uso de solos tropicais locais. Solos, estes, que não se enquadram nas metodologias tradicionais de projeto e execução de pavimentos, haja vista que a maior parte dos procedimentos de dosagem é oriunda de outros países e por isso não levam em consideração as peculiaridades destes solos (MICELI, Jr., 2006). Entretanto, quando analisados frente à metodologia MCT - Miniatura, Compactada Tropical, estes solos apresentam boa potencialidade (NOGAMI e VILLIBOR, 1981; 1985; 1998

apud SANTOS, 2009). Estudos realizados recentemente por SOUZA (2019) indicaram que alguns solos tropicais presentes na cidade do Natal apresentam características não adequadas para uso na pavimentação e que requerem atenção em seu uso.

O presente estudo está focado em um destes solos, cujas características mecânicas estiveram muito aquém do que se espera de um solo para uso como base ou sub-base de um pavimento.

1.1 Objetivos

Objetivo geral

Avaliar os efeitos da mistura de emulsão asfáltica em um solo utilizado em aterro rodoviário na cidade do Natal/RN, cujas características são pouco adequadas para uso na pavimentação.

Objetivos específicos

Os objetivos específicos desta pesquisa seguem listados abaixo:

• Avaliar o comportamento da mistura solo-emulsão no que se refere à resistência à penetração dinâmica de cone e a capacidade de suporte das amostras estudadas sob diferentes condições de compactação;

• Avaliar como a resistência para o solo em estudo varia, após estabilização com emulsão em diferentes teores;

• Estabelecer comparações entre os resultados obtidos para mistura solo-emulsão e os resultados obtidos para o solo puro, bem como avaliar o comportamento da mistura perante as diferentes condições de ensaio;

•

• Avaliar se os resultados obtidos são satisfatórios diante das exigências de um solo para uso na base e sub-base de um pavimento.

1.2 Estrutura do trabalho

O trabalho foi dividido em cinco capítulos, de acordo como a pesquisa foi desenvolvida, no qual o Capítulo 1 foi feita uma breve introdução ao estudo. No Capítulo 2, é apresentada uma revisão bibliográfica referente aos aspectos relevantes sobre pavimentação, bem como sobre a estabilização dos solos. No Capítulo 3, são detalhados o solo analisado, seu local de coleta e análise, os materiais utilizados na estabilização do solo e a metodologia utilizada para o desenvolvimento do melhoramento do solo em estudo e para realização dos ensaios. No Capítulo 4, são apresentados e discutidos os resultados obtidos durante a

pesquisa. Estes são comparados com os resultados obtidos anteriormente para o mesmo solo sem estar estabilizado. No Capítulo 5, são mostradas as conclusões sobre os resultados obtidos, além de apresentar algumas sugestões para futuras pesquisas.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 Pavimentação

O Manual de Pavimentação do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT, 2006) define o pavimento de uma rodovia como a superestrutura formada por um conjunto de camadas com espessuras definidas, dispostas sobre um terreno de fundação ou infraestrutura, chamado de subleito.

O pavimento classifica-se tradicionalmente em dois tipos básicos: rígidos, comumente chamados de pavimento de concreto-cimento, e flexíveis, comumente chamados de pavimentoasfáltico. Os pavimentos rígidos (Figura 2.1a) são aqueles em que o revestimento é uma placa de concreto de cimento Portland que apresenta rigidez maior que as camadas inferiores de modo que absorve a maior parte das tensões provenientes do carregamento. Os pavimentos flexíveis (Figura 2.1b) são, por sua vez, aqueles em que o revestimento é composto por uma mistura constituída basicamente de agregados e ligantes asfálticos, de modo que todas as camadas sofrem uma deformação elástica significativa e assim as tensões são distribuídas quase que igualmente em todas as camadas(BERNUCCI et al., 2008; PINTO e PREUSSLER, 2010).

Figura 2.1. Estrutura do pavimento: (a) pavimento rígido (corte longitudinal); (b) pavimento flexível (corte transversal).

Fonte: Adaptado de Bernucci et al. (2008).

De maneira geral, tem-se que as camadas constituintes de um pavimento são: reforço de subleito, sub-base, base e revestimento. O reforço de subleito é a camada mais inferior, geralmente constituído de solo argiloso de boas a excelentes características físicas e elevada

resistência. A sub-base é geralmente incluída nos pavimentos que suportam tráfego pesado, e é comum utilizar brita graduada tratada com cimento (BGTC), que apresentam características de resistência maior que a camada de reforço de subleito. A camada de base tem como função principal o suporte estrutural, promover rigidez e resistência à fadiga. Para isto, é comumente utilizado produtos de britagem e mistura de solos com outros materiais, como por exemplo, solo mais emulsão asfáltica. Por fim, tem-se o revestimento que é formado pela camada de ligação e camada de rolamento, cujas funções são: resistir aos esforços abrasivos do tráfego, aumentar a impermeabilidade do pavimento e proporcionar uma superfície resistente, suave e uniforme ao tráfego (PINTO e PREUSSLER, 2010).

Cada camada do pavimento possui uma ou mais funções específicas, que devem proporcionar aos veículos as condições adequadas de suporte e rolamento em qualquer condição climática (BALBO, 2007). Vale ressaltar que um pavimento não necessariamente possui todas estas camadas, embora o conjunto de todas essas, garanta um melhor desempenho do mesmo. O que acontece na maior parte das vezes é que à medida que se deseja maior qualidade nas condições de tráfego de uma rodovia, mais criterioso é o pavimento quanto a escolhas dascamadas e materiais que as compõem.

De acordo com Balbo (2007), a estrutura do pavimento deve ser tal que as camadas possam receber e transmitir os esforços, o que alivia as pressões sobre as camadas inferiores, uma vez que estas possuem capacidade resistente menor, de maneira geral.

Ao se pavimentar uma via de circulação tem-se o objetivo de criar uma superfície mais regular, que garante melhor conforto no deslocamento do veículo, uma superfície mais aderente, que promove mais segurança em condições de pista úmida e molhada, e uma superfície menosruidosa diante da ação dinâmica dos pneumáticos, que proporciona melhor conforto ambiental emvias urbanas e rurais (BALBO, 2007).

2.2 Estabilização de solos

De acordo com Brito e Paranhos (2017) a estabilização de solos é uma técnica utilizada há séculos que inicialmente era realizada de maneira muito rudimentar, mas que foi aprimorada ao longo do tempo e hoje tem sido uma área de grande interesse para pesquisa na área de geotecnia, por meio da busca por soluções mais eficientes e econômicas.

Entende-se por estabilização ou melhoramento de solos qualquer processo, independente da natureza (física, química ou mecânica), com finalidade de modificar as propriedades originais do solo de modo que seu comportamento seja potencializado para

devido uso, de modo a torna-lo apropriado para atender as exigências requeridas (DIAS, 2012).

Santos (2012) define a estabilização física como a adição de material de modo que as propriedades do solo sejam alteradas e assim sua textura seja modificada. Segundo o autor, envolve basicamente a mudança de temperatura, hidratação (cimentação e endurecimento devido à hidratação de cimento Portland), evaporação (secagem de solos reforçados com betume emulsionado) e adsorção.

A estabilização mecânica trata-se do melhoramento do solo por meio de alterações na proporção das partes sólidas, líquidas e gasosas, sem que haja adição de qualquer tipo de material. Esta pode ser realizada por compactação e/ou procedimentos que alteram apenas o arranjo das partículas, de modo a aumentar a densidade do solo, o que melhora sua resistência mecânica e durabilidade; reduzir o volume de vazios in situ do solo, devido à energia imposta; preencher os vazios e assim reduzir os poros e inibir a percolação da água bem como a erosão provocada por ela; drenar, de modo que o conteúdo de água seja mantido constante (BRITO e PARANHOS, 2017; SANTOS, 2012).

Cruz (2004) define a estabilização química como a mistura do solo com outros materiais (agentes estabilizadores), que promovem reações químicas junto às partículas de sólidos e de água, o que permite obter um solo com características mais próximas daquelas que se pretendem para a sua utilização. Os agentes estabilizadores mais utilizados são: emulsão asfáltica, cimento Portland, cal e pozolanas.

A estabilização química promove não só melhorias nos parâmetros de resistência do solo, como também na redução da susceptibilidade de variação da umidade. Em função disso, este método é essencialmente utilizado em pavimentos rodoviários, nos quais o solo está submetido a situações mais severas, ora sob condições muito secas, ora sob condições de saturação (CRUZ, 2004). Este aspecto é potencializado quando se refere ao Brasil, onde a drenagem das rodovias é quase inexistente ou muito deficiente, o que provoca grandes alagamentos.

No que se refere ao tempo de duração, a estabilização pode ser dividida em três grupos, consoante ao método de estabilização utilizado e ao tempo que o mesmo será mantido (VAN IMPE, 1989 apud DIAS, 2012):

• Estabilização temporária que é limitada a um período, que geralmente, é o tempo de construção da obra;

• Estabilização permanente sem adição de materiais em que o melhoramento do solo natural é conseguido sem a adição de outros materiais;

• Estabilização permanente com adição de materiais em que o melhoramento do solo natural é obtido à custa da adição de outros materiais.

2.3 Emulsão Asfáltica

De acordo com Torres (2013), emulsões asfálticas são dispersões coloidais formadas por pequenos glóbulos de cimento asfáltico de petróleo (CAP), dispersos em água, e estabilizadas por tensoativos. Trata-se da mistura de água com asfalto aquecido, em meio intensamente agitado e na presença de agentes emulsificantes (ou emulsivo), cuja finalidade é estabilizar a mistura, favorecer a dispersão e revestir os glóbulos de betume com uma película protetora (Figura 2.2).

Figura 2.2. Modelo esquemático de fabricação de emulsões asfálticas.

Fonte: Costa (2004).

As emulsões podem ser classificadas quanto à carga, que depende do emulsificante utilizado, em: catiônicas, aniônicas e não-iônicas; e quanto ao tempo de ruptura, que é a quebra de estabilidade química do sistema CAP-emulsificante-água, isto é, a separação das fases constituintes de uma emulsão asfáltica (TORRES, 2013; SANTOS, 2009).

As emulsões asfálticas catiônicas são aquelas cuja dispersão do asfalto na água ocorre na presença de sais minerais, que conferem cargas positivas aos glóbulos de betume. Estas emulsões apresentam maior facilidade de aplicação, flexibilidade e resistência, bem como boa adesividade para qualquer tipo de agregado. Por outro lado, as emulsões aniônicas, obtidas com emulsificantes que conferem cargas negativas aos glóbulos de betume, apresentam boa adesividade apenas com agregados do tipo eletropositivos, ou seja, os de origem calcária. Por fim, as emulsões não-iônicas são aquelas que não apresentam carga elétrica e são raramente utilizadas (TORRES, 2013; ABEDA, 2001).

Em relação ao tempo de ruptura, as emulsões asfálticas podem ser de ruptura rápida, média e lenta, com tempo de ruptura de 40 minutos, menor que 2 horas e entre 2 e 4 horas, respectivamente (TORRES, 2013). De acordo com Santos (2009), as emulsões asfálticas de

ruptura rápida (RR) são constituídas de baixa porcentagem de agente emulsificante, daí a razão da ruptura ocorrer mais rápida, e são indicadas para pintura de ligação e na construção de revestimentos por penetração. As de rupturas média (RM) e lenta (RL), por sua vez, são indicadas principalmente para misturas com agregados graúdos e miúdos, respectivamente. O autor ainda ressalta a forte influência do agregado e do estado de sua superfície (seca ou molhada) no processo de ruptura.

É importante salientar algumas propriedades da emulsão asfáltica, tais como aglutinação/adesividade e cura, visto que estas interferem diretamente no processo de estabilização dos solos.

A adesividade refere-se à aptidão do ligante residual aderir e fixar sobre o agregado que ele recobre, sem que haja desprendimento. O processo de ruptura não possui relevância no que se refere a esta propriedade.

Ao contrário de outros materiais, o processo de cura para a emulsão asfáltica se dá pela evaporação de parte da água presente na emulsão. Trata-se da transformação química, física ou físico-química de uma emulsão usada no pavimento que confere resistência para suportar o trânsito. O processo de ruptura é de grande importância neste caso, uma vez que a cura só estará completa quando a emulsão estiver completamente rompida. O fenômeno de cura ocorre como consequência de absorção e evaporação da água e solventes (emulsões, asfalto diluído) (SANTOS, 2009).

2.4 Mistura solo-emulsão

De acordo com a Associação Brasileira de Empresas Distribuidora de Asfaltos (2001), solo-emulsão é o produto decorrente da mistura de solos, geralmente locais, com emulsão asfáltica em geral, catiônica, na presença ou não de filer mineral ativo.

Mattos (1991 apud PACHECO, 2011) afirma que a mistura solo-emulsão é um sistema heterogêneo, formado por três fases: duas descontínuas (solo e emulsão asfáltica) e uma contínua (água). O autor também afirma que quanto maior a quantidade de água adicionada, mais lenta é a ruptura da emulsão asfáltica e melhor é a mistura. Entretanto o autor chama a atenção para o cuidado com a quantidade de emulsão asfáltica adicionada à mistura, haja vista que após a compactação a emulsão asfáltica além de fechar a rede capilar entre os grãos, que promove uma ação hidrófuga capaz de aumentar a resistência dos sistemas, também recobrem as partículas do solo, e assim funcionam como rótulas que minimizam o contato entre os grãos e faz diminuir a resistência cisalhante.

De acordo com Santos (2009), não é indicado o uso de emulsão asfáltica de ruptura rápida para estabilização de solos, uma vez que estas rompem logo que em contato com o solo e impedem a penetração dos grãos, e isso dificulta a homogeneização.

Pacheco (2011) ressalta a relevância do tempo de cura uma vez que é nessa etapa que ocorre o processo de evaporação de água da emulsão (contrário dos processos de cura convencionais), o que facilita a formação do filme de betume, que confere as características de resistência e impermeabilidade à mistura.

Cada mistura possui um comportamento próprio, pois depende diretamente do tipo de solo com a qual a emulsão asfáltica foi misturada. Além disso, o teor de emulsão também implica diretamente no comportamento do solo.

Gondim (2008) em seu estudo avalia três tipos de solo característicos do Ceará em três teores distintos de emulsão (2%, 5% e 8%). A partir dos resultados do ensaio de compactação (Figura 2.3, Figura 2.4 e Figura 2.5), fica evidente como não existe um padrão comportamental.

Figura 2.3. Curvas de compactação de um solo A-2-4 de Icapuí (CE) e suas misturas com emulsão.

Fonte: Adaptado de Gondim (2008).

Figura 2.4. Curvas de compactação de um solo A-4 de Morada Nova (CE) e suas misturas com emulsão.

Fonte: Adaptado de Gondim (2008).

Figura 2.5. Curvas de compactação de um solo A-4 de Quixeré (CE) e suas misturas com emulsão.

Fonte: Adaptado de Gondim (2008).

De acordo com Momm (1983), Jacintho (2005) e Lucena et al. (1982) é comum que com a mistura de emulsão haja inicialmente um aumento no valor da massa especifica aparente seca máxima e um decréscimo dessa após o aumento do teor de emulsão asfáltica, o que é percebido para o solo de Quixeré (CE) avaliado por Gondim (2008). Entretanto o solo de Icapuí (CE) apresenta um decréscimo inicial e após o aumento do teor de emulsão a massa específica aparente seca máxima permanece quase que constante.

+2% +5% +8%

Momm (1983) e Lucena et al. (1982) consideram exceções solos que apresentem uma diminuição contínua de densidade com o aumento do teor emulsão, como o que ocorre no solo de Morada Nova (CE). Tal comportamento é justificado por Santos (2009) pela menor densidade da emulsão asfáltica em relação ao solo. Entretanto esse tem sido o comportamento de muitas misturas estudadas recentemente.

A Tabela 2.1 apresenta os resultados de 4 estudos, em que foram analisados 10 solos diferentes, em diferentes regiões do Brasil e com diferentes teores de emulsão, dos quais 7 apresentam o comportamento de decrescimento da massa específica aparente seca máxima com o aumento do teor de emulsão. Verifica-se ainda que de maneira geral há pouca variação do teor de umidade ótimo, mas ainda assim não existe uma tendência de comportamento também.

Tabela 2.1. Resumo de resultados de compactação com mistura solo-emulsão.

Fonte: Autor (2020). Localização Cidade/Estado SUCS TRB 0 1,77 14,2 2 1,73 12,3 5 1,74 10,6 8 1,73 8,9 0 2,02 9,3 2 1,97 9,7 5 1,91 10,7 8 1,88 9,7 0 1,88 15,0 2 1,94 13,0 5 1,89 14,5 8 1,86 13,0 0 1,98 10,6 2 1,99 10,2 4 1,99 8,6 6 2,00 8,7 8 1,98 8,4 0 1,98 11,2 2 1,96 11,2 4 1,92 11,4 6 1,92 11,2 8 1,88 9,9 0 1,82 16,0 2 1,82 15,7 4 1,79 16,2 6 1,80 15,0 8 1,76 15,9

Classificação do solo Teor de

emulsão (%) (g/cm³) (%) Autor Ano A-4 -Quixeré, Ceará Gondim 2008 A-2-4 -Icapuí, Ceará Morada Nova, Ceará - A-4 A-7-6 CL Itaporanga D'ájuda, Sergipe 2009 Santos São Cristovão, Sergipe SM A-2-4 São Cristovão, Sergipe SC-SM A-4

25

Tabela 2.1. Resumo de resultados de compactação com mistura solo-emulsão (continuação).

Fonte: Autor (2020).

Sampaio (2008) avaliou três amostras de solo extraídas em lugares diferentes de Campinas (São Paulo), das quais duas apresentam mesma classificação rodoviária (TRB -

Transportation Research Board), entretanto apresentam comportamento mecânico distintos

quando se adiciona diferentes teores de emulsão, conforme Tabela 2.2.

Tabela 2.2. Tensões de rupturas obtidas no ensaio de compressão não imerso.

Fonte: Adaptado de Sampaio (2008). Localização Cidade/Estado SUCS TRB 0 4,14 0,53 7 7,61 0,99 0 9,13 1,19 6 5,30 0,69 0 11,92 1,54 5 9,73 1,26

Classificação do solo Teor de emulsão Carga (kN) A-6 A-6 A-4 -Campinas, São Paulo Tensão (Mpa) 2 1,73 12,3 5 1,74 10,6 8 1,73 8,9 0 2,02 9,3 2 1,97 9,7 5 1,91 10,7 8 1,88 9,7 0 1,88 15,0 2 1,94 13,0 5 1,89 14,5 8 1,86 13,0 0 1,98 10,6 2 1,99 10,2 4 1,99 8,6 6 2,00 8,7 8 1,98 8,4 0 1,98 11,2 2 1,96 11,2 4 1,92 11,4 6 1,92 11,2 8 1,88 9,9 0 1,82 16,0 2 1,82 15,7 4 1,79 16,2 6 1,80 15,0 8 1,76 15,9 0 1,96 10,4 1 1,92 10,8 2 1,91 10,4 5 1,89 10,3 8 1,87 9,8 0 1,95 10,3 2 1,95 10,3 4 1,93 10,1 6 1,91 9,9 8 1,89 9,8 0 1,61 19,5 2 1,61 18,7 4 1,60 17,8 6 1,59 17,5 8 1,57 17,4 0 1,66 20,1 2 1,65 19,9 4 1,64 19,8 6 1,61 19,4 8 1,60 19,2 Jacintho A-7-6 CL SC A-7-6 Caldas Novas, Goiás Peixe, Tocantins SM A-2-4 Goiânia, Goiás 2010 A-4 ML Coari, Amazonas 2009 Rebelo A-7-6 CL Itaporanga D'ájuda, Sergipe 2009 Santos São Cristovão, Sergipe SM A-2-4 São Cristovão, Sergipe SC-SM A-4 A-4 -Quixeré, Ceará Gondim 2008 A-2-4 -Icapuí, Ceará Morada Nova, Ceará - A-4 Localização Cidade/Estado SUCS TRB 0 1,77 14,2 2 1,73 12,3 5 1,74 10,6 8 1,73 8,9 0 2,02 9,3 2 1,97 9,7 5 1,91 10,7 8 1,88 9,7 0 1,88 15,0 2 1,94 13,0 5 1,89 14,5 8 1,86 13,0 0 1,98 10,6 2 1,99 10,2 4 1,99 8,6 6 2,00 8,7 8 1,98 8,4 0 1,98 11,2 2 1,96 11,2 4 1,92 11,4 6 1,92 11,2 8 1,88 9,9 0 1,82 16,0 2 1,82 15,7 4 1,79 16,2 6 1,80 15,0 8 1,76 15,9 0 1,96 10,4 1 1,92 10,8 2 1,91 10,4 5 1,89 10,3 8 1,87 9,8 0 1,95 10,3 2 1,95 10,3 4 1,93 10,1 6 1,91 9,9 8 1,89 9,8 0 1,61 19,5 2 1,61 18,7 4 1,60 17,8 6 1,59 17,5 8 1,57 17,4 0 1,66 20,1 2 1,65 19,9 4 1,64 19,8 6 1,61 19,4 8 1,60 19,2 Jacintho A-7-6 CL SC A-7-6 Caldas Novas, Goiás Peixe, Tocantins SM A-2-4 Goiânia, Goiás 2010 A-4 ML Coari, Amazonas 2009 Rebelo A-7-6 CL Itaporanga D'ájuda, Sergipe 2009 Santos São Cristovão, Sergipe SM A-2-4 São Cristovão, Sergipe SC-SM A-4 A-4 -Quixeré, Ceará Gondim 2008 A-2-4 -Icapuí, Ceará Morada Nova, Ceará - A-4

Classificação do solo Teor de

emulsão (%) (g/cm³) (%)

Sampaio (2008) chama atenção para o fato de não haver mudanças significativas na resistência do solo quando misturado à emulsão asfáltica. Além disso, percebe-se que os dois primeiros solos apresentam mesma classificação, mas embora o primeiro apresente um pequeno acréscimo de tensão, o segundo apresenta um decréscimo, bem como o terceiro solo que apresenta outra classificação.

Micelli Jr. (2006) vai mais além que Sampaio (2008) e estuda três solos diferentes, dos quais dois foram misturados com emulsões asfálticas diferentes (RL e RM), em quatro diferentes teores e avaliou-se o tempo de cura também.

O primeiro solo é classificado como uma areia siltosa de acordo com a classificação do Sistema Unificado de Classificação de Solo (SUCS) e como A-2-4 na classificação TRB. Quando analisados os resultados de resistência à compressão desse solo levando em consideração o tempo de cura e o tipo de emulsão, percebe-se que esse tipo de solo tem resistência máxima em teores baixos de emulsão: sem cura, com 2%, e com cura 4%. Além disso, maiores tempos de cura tendem a aumentar a resistência da mistura e a emulsão do tipo RL apresentou melhores resultados após 28 dias para menores teores do que a emulsão do tipo RM. Para as demais situações as diferenças entre a emulsão RL e RM são pouco significativas de acordo com o autor (Figura 2.6).

Figura 2.6. Resultados dos ensaios de resistência à compressão simples de um solo A-2-4: (a) com emulsão RL e (b) com emulsão RM.

Fonte: Adaptado de Micelli Jr (2006).

O segundo solo analisado por Micelli Jr. (2006) também foi classificado como areia siltosa de acordo com a classificação SUCS, mas diferentemente do primeiro solo foi classificado como A-7-5 na classificação TRB. Esse solo, por sua vez, não apresentou

variações significativas de resistência a compressão para teores acima de 4% e o tipo de emulsão também pouco influenciou nos resultados. Apenas o tempo de cura foi um fator que provocou mudanças consideráveis nos valores de resistência, conforme Figura 2.7.

Figura 2.7. Resultados dos ensaios de resistência à compressão simples de um solo A-7-5: (a) com emulsão RL e (b) com emulsão RM.

Fonte: Adaptado de Micelli Jr (2006).

Tais resultados corroboram para a necessidade de se realizar ensaios de caracterização e ensaios para avaliação do desempenho de cada solo que se deseja estabilizar com emulsão asfáltica, pois como visto, até solos com mesma classificação não podem ser considerados iguais, uma vez que possuem comportamentos, na maioria das vezes, diferentes. De acordo com a literatura, a depender desses fatores, a emulsão pode melhorar, manter ou piorar os padrões de resistência do solo.

2.5 Índice de suporte Califórnia (CBR)

O Índice de Suporte Califórnia é obtido por meio de um ensaio de penetração, em campo ou em laboratório, de um pistão sobre um solo em análise previamente compactado no teor de umidade ótimo, que relaciona a força necessária para a penetração deste solo com um solo padrão. Trata-se de um ensaio concebido para analisar o potencial de ruptura do subleito, mas hoje, muito utilizado para determinação dos materiais utilizados nas diversas camadas do pavimento (BALBO, 2007).

De acordo com o Manual de Pavimentação do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT, 2006), para subleitos o valor do CBR deve ser superior a

2%, para sub-base maior que 20% e para base maior que 80%. Isso mostra que as camadas superiores do pavimento devem apresentar melhor comportamento para resistir aos esforços, de modo a minimizar os esforços que chegam ao subleito.

O ensaio é normalizado pela NBR 9895:2016 e pela DNER-ME 049/94 e consiste na penetração de um pistão na amostra de solo de modo que a força aplicada promova penetrações de 2,54 mm e 5,08mm. O valor de CBR é dado pela relação destes valores com os do solo padrão dados em norma, e dentre estes adota-se o maior. De acordo com a norma, o ensaio deve ser realizado no teor ótimo de umidade e com submersão da amostra por 96 horas. Entretanto diversos estudos realizam o ensaio sob condições diversas de umidade, com e sem submersão, para avaliar o comportamento do solo (BALBO, 2007; SOUZA, 2019).

A imersão da amostra é realizada para simular a saturação decorrente do degelo durante um período do ano no hemisfério norte (BALBO, 2007). Isso não ocorre no Brasil, onde os solos costumam trabalhar em uma umidade equilíbrio, o que leva a uma discussão da necessidade de saturar o solo para realização do ensaio.

No entanto, estudos laboratoriais desenvolvidos por Souza (2019) na cidade do Natal mostram o caso de um solo tropical típico da cidade, cujo CBR com a amostra seca atinge valores elevadíssimos e quando saturado os valores de CBR tendem a zero. Isso mostra a necessidade de simular o pior estado de resistência do solo para realização do ensaio, haja vista que o Brasil é um país de clima tropical, com chuvas frequentes e não se pode confiar no sistema de drenagem das rodovias. Assim, as rodovias encontram-se constantemente alagadas nos períodos chuvosos e consequentemente ocorre a saturação do solo, ou seja, nos períodos chuvosos o solo tende a estar em seu pior estado de resistência.

Para as misturas quimicamente estabilizadas o ensaio de CBR não é o mais adequado para verificar seu comportamento, pois o método de dimensionamento empírico para tais misturas leva em consideração os resultados dos ensaios de resistência à compressão simples. No entanto, no Brasil o índice de suporte Califórnia ainda é o parâmetro mais utilizado para o dimensionamento de pavimentos e por isso a necessidade de se avaliar os resultados deste ensaio (GONDIM, 2008; SANTOS; 2009).

Ao estudar três solos de Sergipe, cujas classificações se encontram na Tabela 2.1., Santos (2009) concluiu que de maneira geral o valor de CBR tende a diminuir com a mistura de emulsão asfáltica, mesmo para solos que apresentaram ganho de resistência no ensaio de compressão simples. Além disso, os resultados do autor apontam que a cura é fundamental para se conseguir maiores valores de CBR das misturas solo-emulsão (Figura 2.8).

Figura 2.8. Valores obtidos dos ensaios de CBR para três solos de Sergipe.

Fonte: Adaptado de Santos (2009).

Gandolfi e Cardoso (2013) estudaram um solo laterítico tropical granular de Goiás, classificado como pedregulhos ou areias siltosas ou argilosas (A-2-7) de acordo com a classificação TRB e classificado como cascalho argiloso (GC) na classificação SUCS. Os resultados também apontam uma diminuição dos valores de CBR com o aumento do teor de emulsão. Entretanto, diferentemente dos resultados de Santos (2009), o estudo de Gandolfi e Cardoso (2013) mostram que para teores acima de 4,5% de emulsão, a cura se torna prejudicial ao desempenho da mistura, conforme Figura 2.9.

Figura 2.9. Valores de CBR em função do teor de emulsão, com e sem cura.

Logo o ensaio de CBR é mais um exemplo de que as misturas solo-emulsão apresentam uma grande variabilidade de comportamento, o que reforça a necessidade de se estudar cada solo com suas especificidades.

2.6 Índice de penetração dinâmica de cone (DCP)

O ensaio de penetração dinâmica de cone (DCP) é um ensaio que também é muito utilizado na pavimentação, pois permite avaliar a compactação do solo (BENEVIDES, 2012). O método consiste na cravação da ponteira do equipamento no solo por meio da aplicação de golpes de um peso a uma altura constante, como mostra a Figura 2.10 (PEREIRA, 2010).

Figura 2.10. Penetrômetro dinâmico de cone (DCP).

Fonte: Adaptado da ASTM (2018).

O Penetrômetro Dinâmico de Cone (DCP) começou a ser utilizado em 1956, quando foi desenvolvido o primeiro DCP portátil na Austrália. Este recebeu o nome de Scala penetrômetro, em função do seu criador (PONCE et al., 1991). A partir de então, o equipamento passou a ser utilizado em vários países, principalmente Reino Unido, África do

Sul e Israel, para medições de resistência in situ e avaliação da capacidade de suporte (ALVES, 2002).

No Brasil, trata-se de um ensaio ainda não normatizado e portanto adota-se a norma D-6951:2018 (Standard test method for use of the dynamic cone penetrometer in shallow

pavement applications), da American Society for Testing and Materials (ASTM). O DCP

tem-se destacado, pois permite caracterizar com eficiência e agilidade a estratigrafia local e a resistência de solos, visto que é de fácil transporte por ser leve e permitir o seu posicionamento em locais de difícil acesso, além de poder ser realizado em laboratório (ALVES FILHO, 2010; BENEVIDES, 2012; FERNANDES, 2015). Alves Filho (2010) ainda acrescenta que para executar o ensaio é necessário apenas um ou dois operadores. Dal Pai (2005), por sua vez, afirma que é necessário no mínimo duas pessoas, mas três é o ideal.

Alves (2002) chama atenção para alguns cuidados na realização do ensaio. De acordo com o autor, é necessário verificar a limpeza do equipamento e o bom estado do cone antes da execução. No que diz respeito ao ensaio, é importante manter o equipamento sempre na vertical, de modo que não haja qualquer contato entre o peso (martelo) e a barra, o que provocaria um menor esforço na penetração do cone no solo. Além disso, o operador deve atentar para manter um ritmo regular e deve ter cuidado, ao elevar o peso, para que este não bata no limite superior da altura de queda, pois isto pode provocar uma movimentação do aparelho contrária à penetração.

A interpretação do ensaio se dá através da Curva DCP, em que a profundidade de penetração é indicada em milímetros no eixo vertical e o número de golpes acumulado para se chegar em determinada profundidade é indicado no eixo horizontal, conforme Figura 2.11 (DAL PAI, 2005).

A inclinação da reta que melhor une os pontos plotados representa o Índice de Penetração DN, ou DCP, dado em mm/golpe. Este índice é obtido pela razão entre a profundidade e o número de golpes e representa a resistência do solo à penetração do cone. Ao longo da profundidade do solo a inclinação da reta pode variar, o que indica uma mudança na resistência do solo. Essa mudança da resistência pode ser dada pela variação de umidade entre as camadas, pelo grau de compactação, pela massa específica aparente ou pela mudança de material (ALVES, 2002; DAL PAI, 2005).

Figura 2.11. Curva DCP.

Fonte: Alves (2002).

As curvas DCP podem apresentar diferentes formas e a partir dela é possível verificar a homogeneidade da compactação com a profundidade e a eficiência do equipamento de compactação. Curvas mais retilíneas sem variação da inclinação da reta representam homogeneidade na compactação do solo. As curvas com menor inclinação indicam maior compactação enquanto as de maior inclinação indicam menor compactação. É importante analisar isso, pois através dos resultados é possível saber se o solo foi pouco compactado e por isso é necessário compactar novamente ou se ele foi compactado excessivamente, o que mostra que a energia utilizada para compactar é maior que a necessária e por isso deve-se readequar o equipamento e/ou energia (DAL PAI, 2005).

2.7 Correlações entre DCP e CBR

Diversos estudos ao redor do mundo apontam uma correlação direta entre DCP e CBR, de modo que a partir do valor do DCP estime-se o valor de CBR. Esses estudos surgem da necessidade de se determinar o valor de CBR, que ainda é o método mais utilizado para avaliar solos em pavimentação, de forma mais rápida e fácil, haja vista que é um ensaio que demanda mais tempo e maior controle tecnológico referente à compactação e ao teor de umidade, do que o DCP. Além disso, Benevides (2012) ainda afirma que o uso do DCP para

determinação do CBR é uma alternativa para avaliação estrutural do pavimento a baixos custos.

Souza (2019) ressalta que em estudos de correlação, além de se utilizar o mesmo material, deve-se atentar para a realização de ambos os ensaios nas mesmas condições de umidade e compactação. Carvalho (2005) alerta que grande parte das correlações publicadas não menciona as condições de realização dos ensaios, das características dos materiais empregados, do número de testes realizados e nem dos valores dos coeficientes de determinação das equações encontrados, de modo que o uso indiscriminado de tais correlações pode implicar em erros significativos.

Salienta-se a importância de verificar se o solo para o qual se pretende utilizar a correlação, além de ser classificado igualmente ao solo que foi utilizado para desenvolvimento da equação, foi retirado do mesmo lugar. Isso porque, estudos mostram que cada solo tem sua própria equação de correlação e mesmo que sejam classificados igualmente, podem apresentar comportamentos completamente distintos.

De maneira geral, Alves (2002) afirma que as equações que correlacionam DCP e CBR apresentam-se nas formas de potência (Equação 2.1) e logarítmica (Equação 2.2), em que o CBR é dado em porcentagem e o DCP em mm/golpe.

𝐶𝐵𝑅 = 𝐴 × 𝐷𝐶𝑃𝐵

log(𝐶𝐵𝑅) = log(𝐴) + 𝐵 × log⁡(𝐷𝐶𝑃)

Nestas equações, a constante A representa parâmetros relativos a peso, altura de queda e restituição do aço do penetrômetro dinâmico de cone e a constante B representa as perdas no sistema.

A norma ASTM D6951:2018 traz três correlações para a estimativa do índice de suporte Califórnia, desenvolvidas por Webster, Grau e Williams (1992). A primeira (Equação 2.3) aplica-se a todos os tipos de solos, exceto argilas de alta compressibilidade (CH) e argilas de baixa compressibilidade (CL). Para estes solos, a norma traz respectivamente as Equações 2.4 e 2.5. Para estas equações, o CBR também é dado em porcentagem e o DCP em mm/golpe.

(Equação 2.1) (Equação 2.2)

𝐶𝐵𝑅 = 292𝐷𝐶𝑃−1,12 𝐶𝐵𝑅 = 1 0,002871𝐷𝐶𝑃 −1 𝐶𝐵𝑅 = 1 0,017019²𝐷𝐶𝑃 −2

Souza (2019) apresenta em seu estudo algumas correlações existentes com diferentes solos e em regiões do mundo. Em sua análise, a autora ainda avalia as energias de compactação, a condição de ensaio, classificação do solo e o coeficiente de determinação. As Tabelas 2.3, 2.4 e 2.5 apresentam respectivamente os resultados encontrados por Souza (2019) para as condições sem cura e sem imersão, sem cura e com imersão e controle de execução, que de acordo com a autora é uma correlação feita de acordo como as normas preveem a realização de cada ensaio, isto é, com o DCP após moldagem sem imersão e CBR após imersão.

(Equação 2.3) (Equação 2.4) (Equação 2.5)

Cidade/Estado País SUCS HRB (DN = mm/golpe; CBR = % ) CL - CBR = 354,81 DCP^(-1,31) 0,96 ML - CBR = 323,59 DCP^(-1,15) 0,93 SM - CBR = 501,19 DCP^(-1,35) 0,87 SP - CBR = 1445,44 DCP^(-1,36) 0,81 SP-SM - CBR = 3715,35 DCP^(-1,86) 0,83 CL, ML, SM, SP, SP-SM - CBR = 316,23 DCP^(-1,07) 0,69 Oliveira 1998 Taubaté,

São Paulo Brasil Intermediária

CBR e DCP no mesmo corpo de prova, mesma face DCP sobre o orifício do CBR CL, CL-ML A-4, A-6 CBR = 320,63 DCP^(-1,07) 0,98 Gabr et al. 2000 Thomasville, Carolina do Norte Estados Unidos Modificada, 86 golpes por camada, sem o disco espaçador CBR e DCP no mesmo corpo de prova, faces

opostas Orifício de CBR preenchido com solo

- - CBR = 35,48 DCP^(-0,55) 0,82 Maringá, Paraná - A-7 CBR = 257,04 DCP^(-1,09) 0,94 Palmas, Tocantins - A-2-6 CBR = 924,70 DCP^(-1,34) 0,96 São Carlos,

São Paulo - A-2-4 CBR = 1061,70 DCP^(-1,40) 0,92

Taubaté,

São Paulo - A-7 CBR = 955,00 DCP^(-1,44) 0,94

Todos acima - A-2-4, A-2-6,

A-7 CBR = 644,17 DCP^(-1,40) 0,86 Autor Ano Localização Refeai e Suaibani 1996 Riad Arábia Saudita Condições de ensaio CBR e DCP em corpos de prova distintos Energia de compactação Classificação do solo R² Normal, intermediária e modificada Lima 2000 Brasil Normal, intermediária e modificada CBR e DCP no mesmo corpo de prova, faces

opostas Disco de madeira no orifício do CBR Fo n te: A d ap tad o So u za ( 2 0 1 9 ). TRB

Cidade/Estado País SUCS HRB (DN = mm/golpe; CBR = % ) SC A-2-4 CBR = 351,48 DCP^(-1,05) 1,00 SC A-2-7 CBR = 954,99 DCP^(-1,27) 0,82 SC A-4 CBR = 497,66 DCP^(-1,21) 0,89 SC A-7-5 CBR = 247,93 DCP^(-1,06) 0,82 SC A-7-6 CBR = 900,32 DCP^(-1,37) 0,96 SC A-2-4, A-2-7, A-4, A-7-5, A-7-6 CBR = 363,67 DCP^(-1,10) 0,83 SC A-2-4 CBR = 741.31 DCP^(-1,12) 0,98 SM A-2-4 CBR = 446.68 DCP^(-1,12) 0,95 CL A-6 CBR = 213,80 DCP^(-0.83) 0,96 CH A-7-6 CBR = 239,88 DCP^(-0,80) 0,96 CH, CL, SC, SM A-2-4, A-6, A-7-6 CBR = 346,74 DCP^(-0,96) 0,90 SM A-2-4 CBR = 448,28 DCP^(-1,171) 0,94 SW-SM A-2-4 CBR = 84773 DCP^(-2,249) 0,94 Souza CBR e DCP no mesmo corpo de prova, faces

opostas Disco de madeira no orifício do CBR Normal e modificada Brasil Natal, Rio Grande do Norte 2019 CBR e DCP no mesmo corpo de prova, mesma face DCP sobre o orifício do CBR Carvalho 2005

São José dos Campos, São Paulo Brasil Normal, intermediária e modificada CBR e DCP no mesmo corpo de prova, faces

opostas Disco de madeira no

orifício do CBR

Autor Ano

Alves 2002 Santa Catarina Brasil Não informada

Localização Condições de ensaio Energia de compactação Classificação do solo R² Fo n te: A d ap tad o So u za ( 2 0 1 9 ). TRB

Cidade/Estado País SUCS HRB (DN = mm/golpe; CBR = % )

Oliveira 1998 Taubaté,

São Paulo Brasil Intermediária

CBR e DCP no mesmo corpo de prova, mesma face DCP sobre o orifício do CBR CL, CL-ML A-4, A-6 CBR = 276,06 DCP^(-1,02) 0,93 Fernandes 2015 Joinville,

Santa Catarina Brasil

Normal e intermediária

CBR e DCP no mesmo corpo de prova, faces

opostas MH A-7-5 CBR = 2053,20 DCP^(-1,65) 0,78 SM A-2-4 CBR = 5456,2 DCP^(-1,974) 0,97 SW-SM A-2-4 CBR = 10102 DCP^(-1,742) 0,94 Normal e modificada CBR e DCP no mesmo corpo de prova, faces

opostas Disco de madeira no orifício do CBR Souza 2019 Natal, Rio Grande do Norte Brasil Autor Ano Localização Energia de

compactação Condições de ensaio

Classificação do solo

R² Tabela 2.4. Estudos de correlação desenvolvidos na condição sem cura e com imersão.

Tabela 2.5. Estudos de correlação desenvolvidos na condição controle de execução.

Fonte: Adaptado de Souza (2019).

Cidade/Estado País SUCS HRB (DN = mm/golpe; CBR = % )

SC, SM 2, 4, A-6 CBR = 456,63 DCP^(-1,36) 1,00 SC, SM A-2-4, A-2-6, A-3, A-6 CBR = 1075,34 (DCP)^(-1,74) 0,99 SC, SM A-2, A-2-4, A-2-6, A-3, 4, 6, A-7 CBR = 467,20 (DCP)^(-1,41) 0,95 Classificação do solo R² Autor Ano Localização Energia de

compactação Condições de ensaio

Fontes 2001 São José,

Santa Catarina Brasil Normal

CBR e DCP no mesmo corpo de prova, faces

opostas Fonte: Adaptado de Souza (2019).

TRB

TRB

Cidade/Estado País SUCS HRB (DN = mm/golpe; CBR = % ) SC A-2-4 CBR = 148,60 DCP^(-1,01) 0,71 SC A-2-7 CBR = 516,49 DCP^(-1,17) 0,94 SC A-4 CBR = 127,19 DCP^(-0,94) 0,72 SC A-7-5 CBR = 77,63 DCP^(-0,96) 0,89 SC A-7-6 CBR = 107,20 DCP^(-0,93) 0,76 SC A-2-4, A-2-7, A-4, A-7-5, A-7-6 CBR = 79,46 DCP^(-0,82) 0,71 Francisco

e Bernardo 2017 Nulti, Cuenca Equador

Normal, intermediária e modificada, corpos de prova do DCP compactados em 8 CBR e DCP em corpos

de prova distintos SW A-2-6 CBR = 241,83 DCP^(-1,24) 0,80

SM A-2-4 CBR = 60,5 DCP^(-0,695) 0,19 SW-SM A-2-4 CBR = 7317,4 DCP^(-1,696) 0,83 Souza 2019 Natal, Rio Grande do Norte Brasil Normal e modificada CBR e DCP no mesmo corpo de prova, faces

opostas Disco de madeira no orifício do CBR Classificação do solo R² Autor Ano Localização Energia de

compactação Condições de ensaio

CBR e DCP no mesmo corpo de prova,

mesma face DCP sobre o orifício

do CBR Alves 2002 Santa Catarina Brasil Não informada

Fo n te: A d ap tad o So u za ( 2 0 1 9 ). TRB

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Área de estudo

Para o desenvolvimento desta pesquisa foram utilizados cerca de 250 kg de um solo típico da cidade de Natal/RN que frequentemente é utilizado em obras rodoviárias. A coleta foi realizada in situ na zona sul da cidade (5°52'38.9"S 35°13'25.4"W), conforme Figura 3.1, e o material foi estocado em sacos plásticos no laboratório de mecânica dos solos da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).

Figura 3.1. Localização da área de estudo no Rio Grande do Norte (a) e em Natal (b).

Fonte: Adaptado do Google Maps (2020).

3.2 Caracterização do solo

Para a caracterização do solo, Souza (2019), realizou ensaios de massa específica dos sólidos, granulometria, limites de consistência. A partir da curva granulométrica (Figura 3.2), o solo foi classificado de acordo com o Sistema Unificado de Classificação de Solo (SUCS) como Areia siltosa bem graduada (SW-SM) e de acordo a classificação rodoviária (TRB) da AASHTO (Association of State Highway Transportation Officials) como A-2-4.

Figura 3.2. Curva granulométrica.

Fonte: Adaptado de Souza (2019).

O solo em análise não apresentou limite de plasticidade nem limite liquidez, pois trata-se de um solo predominantemente arenoso, com massa específica dos sólidos igual a 2699,2 kg/m³. A Figura 3.3 apresenta a distribuição granulométrica do solo, em que é possível perceber a coloração em tons de bege e marrom, bem como a presença de pedregulhos, mesmo que em baixa porcentagem.

Figura 3.3. Distribuição granulométrica do solo.

3.3 Caracterização da Emulsão

A emulsão asfáltica utilizada durante a pesquisa foi do tipo ruptura rápida, de carga elétrica de partícula positiva, ou seja, emulsão catiônica RR-2C, com o objetivo de investigar o comportamento deste tipo de emulsão, tendo em vista que este não é o tipo mais indicado para a estabilização dos solos e por isso não se tem resultados na literatura. O produto foi fornecido pelo professor John Kennedy Guedes Rodrigues, da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), e estocado em um balde de tinta de 20 litros, no laboratório de mecânica dos solos da UFRN.

As propriedades da emulsão também foram fornecidas pelo professor, a partir de ensaios realizados por um laboratório especializado contratado pelo professor. Os resultados encontram-se na Tabela 3.1 abaixo.

Tabela 3.1. Características da emulsão asfáltica.

Fonte: Adaptado de Stratura asfaltos (2019).

3.4 Preparo da mistura solo-emulsão

Para a realização dos ensaios com a mistura solo-emulsão, inicialmente era preciso realizar de forma padronizada a mistura da emulsão com o solo. Tal mistura ocorreu em três teores de emulsão distintos: 3%, 5% e 7%, pois dessa forma foi possível avaliar o efeito da quantidade de emulsão em relação ao solo na mistura, de modo que essa quantidade fosse significativa para promover mudanças de comportamento do solo, mas sem exagerar para que a menor densidade da emulsão em relação ao solo não prejudicasse a mistura e para não inviabilizar o uso da mistura, em função do custo para adicionar a emulsão.

O primeiro passo foi passar as amostras na peneira #4 (4,75 mm). Em seguida determinava-se a quantidade de água a ser adicionada em função do teor de umidade desejado para cada ensaio. Nos ensaios de compactação as misturas foram feitas em umidades que variavam entre 5% e 14%, para determinação da curva de compactação. Para os demais

Ensaio Método Unid. Especificação Resultado

Viscosidade Saybolt-Furol a 25°C NBR 14491 Seg. 100-400 390

Sedimentação, 5 dias NBR 6570 % massa 5 máx. 0,31

Penetração, 0,84 mm NBR 14393 % massa 0,1 máx. 0

Carga da partícula NBR 6567 - Positiva Positiva

Resíduo seco NBR 14376 % massa 67 min. 67,4

ensaios (CBR e DCP) as misturas foram realizadas apenas no teor de umidade ótimo, haja vista a fragilidade do solo em estudo e que é neste teor de umidade que ele apresenta melhor comportamento.

Com relação à água adicionada, parte foi misturada inicialmente somente com o solo, água de dispersão (Adisp) e parte foi diluída na emulsão, água de diluição (Adil). Santos (2009)

explica que tal procedimento é necessário, pois o solo é considerado um material hidrófilo e a mistura da emulsão diretamente no solo seco, acelera o processo de ruptura da emulsão.

Para calcular a quantidade de água a ser adicionada para se atingir um determinado teor de umidade seguia-se os seguintes passos:

a) Determinação da massa de solo seco de amostra (Md).

𝑀_𝑑 = 𝑀𝑤

(100 + 𝑤_ℎ𝑖𝑔)

Onde, whig é a umidade higroscópica em percentual eMw é a massa úmida do solo

(considerando a umidade higroscópica).

b) Determinação da quantidade de emulsão (Mem) calculada em relação ao solo seco.

𝑀𝑒𝑚 = %⁡𝑑𝑒⁡𝑒𝑚𝑢𝑙𝑠ã𝑜 ∙ 𝑀𝑑

c) Determinação da quantidade de água contida na emulsão (Aem).

𝐴_𝑒𝑚 = (100 − %⁡𝑑𝑒⁡𝐶𝐴𝑃⁡𝑛𝑎⁡𝑒𝑚𝑢𝑙𝑠ã𝑜) ∙ 𝑀_𝑒𝑚

d) Determinação da quantidade de água total a adicionar (Atad) para obtenção de

determinada umidade.

𝐴𝑡𝑎𝑑 =

(𝑤 − 𝑤ℎ𝑖𝑔) ∙ 𝑀𝑑

100

Onde w é umidade que se deseja obter.

(Equação 3.1)

(Equação 3.2)

(Equação 3.3)

e) Determinação da quantidade de água a ser acrescentada à mistura solo-emulsão (Am).

𝐴𝑚 = 𝐴𝑡𝑎𝑑− 𝐴𝑒𝑚

f) Determinação da água de diluição (Adil).

𝐴𝑑𝑖𝑙 = 𝑀𝑒𝑚

g) Determinação da água de dispersão (Adisp).

𝐴_{𝑑𝑖𝑠𝑝}= 𝐴_𝑡𝑎𝑑− (𝐴_𝑑𝑖𝑙 + 𝐴_𝑒𝑚)

Para adicionar a água, misturava-se primeiro o solo com a água de dispersão. Em seguida misturava a emulsão com a água de diluição e posteriormente a emulsão era misturada aos poucos ao solo. A mistura foi feita toda manualmente, de modo que os operadores, com luvas, pudessem proporcionar uma melhor homogeneização, pois a emulsão asfáltica não se mistura facilmente com o solo. Ao entrar em contato com o solo, a emulsão tendia se aglomerar, isto é, formar conglomerados que pareciam agregados graúdos e que não se misturavam ao solo. Portanto, foi necessário quebrar esses aglomerados de emulsão em pequenas partículas, de modo a propiciar uma mistura homogênea. Após a homogeneização, a mistura estava pronta para ser utilizada nos ensaios.

3.5 Campanha experimental

A fim de se obter os resultados da mistura de emulsão ao solo foram realizados seis ensaios de compactação, 18 ensaios de índice de suporte Califórnia e 18 ensaios de penetração dinâmica de cone. No total, foram realizados 42 ensaios com a mistura solo-emulsão, de modo que inicialmente foram feitos apenas os ensaios de compactação e os demais ensaios foram feitos concomitantemente após obtenção da curva de compactação.

(Equação 3.5)

(Equação 3.6)