Estudo de propriedades e comportamentos de misturas solo-emulsão aplicado a barragens

Abstract

Na presente tese apresenta-se o estudo de propriedades e comportamentos de três solos tropicais em estado natural e estabilizados com emulsão asfáltica, visando avaliar a viabilidade de aplicação da técnica solo-emulsão em barragens. A estabilização betuminosa consiste na adição de material asfáltico ao solo, ou mistura de solos visando a melhoria de suas características. Esta técnica é usualmente utilizada para construção de bases e sub-bases de pavimentos de baixo custo, não tendo sido utilizada na construção de barragens do Brasil e do mundo. A pesquisa teve como principal desafio o entendimento do processo de interação que ocorre entre diferentes tipos de solos e emulsões asfálticas. As amostras de solos estudadas são provenientes do Aproveitamento Hidrelétrico de Peixe Angical, da Usina Hidrelétrica de Corumbá e da Cidade de Goiânia e a emulsão utilizada é a RL-1C, visto que testes realizados com a RM-1C mostraram que esta última, quando misturada ao solo, rompe prematuramente. Realizou-se um programa de ensaios laboratoriais divididos em: caracterização, compactação, estudo de dosagem e determinação das propriedades hidráulicas e mecânicas. Inicialmente foram identificadas as características geotécnicas e mineralógicas dos solos e realizadas análises químicas dos solos e das misturas. Por meio dos ensaios de compactação dos solos com e sem emulsão e estudos da moldagem de corpos de prova em laboratório foram obtidas as condições necessárias para a realização dos demais ensaios. Mediante ensaios de compressão simples e análises em microscópio eletrônico de varredura foi possível avaliar os processos de cura e a interação solo-asfalto. Foram realizados ainda ensaios de sucção, determinação do coeficiente de permeabilidade utilizando diferentes metodologias, ensaios de adensamento e triaxiais. Dentre as principais conclusões verificadas neste trabalho podem ser citadas a importância de avaliar a umidade de ruptura em ensaios que utilizam processos de secagem e imersão, a redução da sucção e a modificação da estrutura do solo com a adição do material asfáltico. Nos três solos foi significativa a melhoria das características dos corpos de prova em termos de estabilidade e erodibilidade, quando em contato com a água. No entanto, não foram verificadas efetivas reduções do coeficiente de permeabilidade com a adição de emulsão, indicando a necessidade de se continuar os estudos antes de uma aplicação prática. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This thesis presents a study about the properties and behaviors of three different tropical soils in their natural states and also when stabilized with asphalt emulsions, aiming to evaluate the feasibility of using the soil-emulsion technique in geotechnical dams. The stabilization technique consists of the addition of asphalt emulsion to the soil, with the objective of improving some of its hydraulic and mechanical characteristics. This technique is more commonly employed for the construction of bases and sub-bases of low cost highway pavements, and it has not yet been applied to dams in Brazil or elsewhere. This research aims to gain some insight about the mechanisms of interaction between different types of soil and asphalt emulsions. The soil samples were collected in the sites of two hydroelectric dams (Peixe Angical and Corumbá) and in the city of Goiania, Brazil. An asphalt emulsion of slow setting, denoted as RL-1C according to the Brazilian nomenclature, was used because other emulsions, such as RM-1C (medium setting), broke prematurely in contact with the soils. The study comprised laboratory tests related to characterization, compaction, dosage and determination of hydraulic and mechanical properties. Preliminary tests were performed do identify the geotechnical and mineralogical characteristics of the soils, incluiding chemical analyses of both soils and soil-emulsion mixtures. An extensive set of tests tried to identify the best way for compacting and curing the soil-emulsion mixture. Unconfined compression tests and scanning electron microscope were used to verify the efficacy of the curing processes and the soil-emulsion interaction. Laboratory test were also carried out to obtain the soil water retention curve for determination suction behavior. The hydraulic tests included the determination of permeability coefficient and erodibility using pinhole test. The mechanical properties were assessed by means of oedometer and conventional triaxial tests. The main conclusions of this research point out the importance of evaluating the water content in tests for which the soils are subjected to processes of drying and immersion, and the reduction of matric suction and modification of the soil structure with the addition of asphalt emulsion. For the three soils investigated, it was observed a significant improvement of the stability and erodibility resistance of the stabilized soil when in contact with water. However, effective reductions of the permeability coefficient could not be observed, which prompts for further researches if this material is to be used in practical applications in dams.