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José Adriano Cardoso Malko

Aplicabilidade de Enzimas para Melhoramento de Solos em Pavimentação

Dissertação de Mestrado

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio.

Orientadora: Profª. Michéle Dal Toé Casagrande Co-orientador: Prof. Ben-Hur de Albuquerque e Silva

Rio de Janeiro Março de 2015

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PUC-Rio - Certificação Digital Nº 1312925/CA


Aplicabilidade de Enzimas para Melhoramento de Solos em Pavimentação

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil do Centro Técnico Científico da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.

Profª. Michéle Dal Toé Casagrande Orientadora

Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio

Prof. Eurípedes do Amaral Vargas Júnior Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio

Prof. Antônio Carlos Rodrigues Guimarães Instituto Militar de Engenharia

Prof. Rubens Brazetti Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Prof. José Eugenio Leal Coordenador Setorial do Centro Técnico Cientifico – PUC-Rio

Rio de Janeiro, 04 de março de 2015

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Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução

total ou parcial do trabalho sem autorização do autor, da

orientadora e da universidade.


Graduou-se em Engenharia Civil pela Univali

(Universidade do Vale do Itajaí) em Itajaí, Santa Catarina

em janeiro de 2013. Ingressou no mestrado na Pontifícia

Universidade Católica do Rio de Janeiro em março de

2013, desenvolvendo dissertação na linha de pesquisa de

Geotecnia Experimental aplicada a pavimentação.

Ficha Catalográfica

CDD: 624

Malko, José Adriano Cardoso

Aplicabilidade de enzimas para melhoramento de solos em pavimentação / José Adriano Cardoso Malko; orientadora: Michéle Dal Toé Casagrande; co-orientador: Ben-Hur de Albuquerque e Silva. – Rio de Janeiro: PUC, Departamento de Engenharia Civil, 2015.

1.1. v., 121 f.: il. ; 29,7 cm Dissertação (mestrado) – Pontifícia Universidade

Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil, 2015.

Inclui referências bibliográficas.

1. Engenharia Civil – Teses. 2. Melhoramento de

solos. 3. Enzimas. 4. Pavimentação. 5. Ensaio LWT. I Casagrande, Michelé Dal Toé. II Silva, Ben-Hur de Albuquerque e. III Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. IV Título.

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Dedico esta dissertação ao meu pai José, a

minha mãe Joise e a minha irmã Adrianí.

Tudo o que sou devo a vocês.

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Agradecimentos

À vida, por todos os dias nos pregar peças, levando-nos pelos melhores caminhos,

colocando-nos obstáculos a serem vencidos ao lado de pessoas incríveis, fazendo

destes, momentos inesquecíveis.

À minha família, meu Pai José, minha Mãe Joise e minha Irmã Adrianí, sem vocês

nada disso seria possível. Agradeço imensamente não somente essa, mas todas as

oportunidades que me foram possíveis graças ao apoio que sempre tive de vocês.

Sei que qualquer que sejam minhas escolhas, sempre terei vocês ao meu lado. Vocês

são meu combustível e com certeza quero trazer cada vez mais orgulho pelos

batalhadores que são. Muito obrigado por tudo, vocês são tudo para mim;

À Silviane, minha noiva, eterna companheira, que aceitou o desafio de morar no

Rio de Janeiro, me acompanhar em um desafio que não imaginávamos como seria.

Por todos os momentos de alegria, tristeza, estresse e brincadeiras, juntos crescemos

ainda mais e ajudamos um ao outro nos piores momentos. Muito obrigado meu

amor, por estar sempre ao meu lado me apoiando em todos os momentos que

precisei, obrigado por estar sempre comigo, obrigado por tudo, todo e sempre;

À Professora, Orientadora e principalmente Amiga Michéle, que levarei comigo

como exemplo de pessoa para o resto da vida. Desde o início quando cheguei na

PUC me ajudou em todas as etapas do Mestrado, depositando uma imensa

confiança em mim. Me fez ver que por mais difícil que as coisas possam parecer,

sempre haverá uma forma de sair feliz e vitorioso. Me trouxe ao chão diversas vezes

nos meus momentos avoados, soube lidar com minha personalidade, angústias e

principalmente me aconselhou a respeito dos meus problemas. Não há palavras para

lhe agradecer, só espero um dia poder retribuir tudo que fez e tem feito por mim.

Muito obrigado do fundo do meu coração Mami;

Aos meus amigos, ou melhor, irmãos que ganhei no Rio de Janeiro, Nathalia e

Fernando. Como já havia dito, sem vocês não seria possível. Obrigado todos os

momentos inesquecíveis que passamos juntos, nos conhecemos a tão pouco tempo,

porém, parece que somos amigos de infância. Sei que pude contar com vocês para

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os piores momentos que passei e tenho certeza que estarão disponíveis se eu

precisar de alguma coisa. A recíproca é verdadeira. Obrigado de verdade manos;

Ao Professor Ben-Hur, por permitir que parte da pesquisa pudesse ser desenvolvida

no Laboratório de Solos do Instituto Militar de Engenharia;

Ao Rubens Brazetti, por toda experiência a mim repassada sobre o tema pesquisado,

aos momentos de descontração e risadas que me proporcionou e por toda ajuda;

Aos representantes dos produtos enzimáticos que forneceram amostras das enzimas

utilizadas na pesquisa: TerraZyme – Nature Plus Inc, PermaZyme – Pacific

Enzymes e EMC – Soil Stabilization Company;

Ao Bazan e a Nathalia Passos, que muito me auxiliaram quando cheguei no Rio,

me dando toda a força e apoio necessário, obrigado por tudo e principalmente pelos

momentos de confraternização;

Aos meus brothers Engenheiros, Alan, Cláudio, Fezão, Rosuel e Yuri. Por toda essa

amizade, por todas as conversas e por todo o apoio que sempre recebi de vocês;

Ao Futsal do Mestres, pelo futsal de todo fim de semana no ginásio e pelas amizades

cultivadas nos momentos de descontração ao longo de todo o período do Mestrado;

À todos os amigos da PUC, que direta e indiretamente contribuíram para a

realização deste estudo;

Ao Vanderlei, Sargento Melo e a Claudeny pela ajuda nos ensaios no Laboratório

de Solos do IME e por todos os momentos de descontração;

Ao Joel do Laboratório de Microscopia Eletrônica, Varredura e Transmissão do

IME pela disponibilidade em ajudar com os ensaios no MEV e análise das imagens;

Ao Ramon do Laboratório de Difração de Raios-X do IME pela ajuda com a

execução dos ensaios DRX nas amostras e análises;

À Professora Maria Isabel do Departamento de Química da PUC-Rio, pela

disponibilidade em realizar os ensaios químicos nas amostras;

À todos os professores do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio por todo

conhecimento adquirido;

Aos funcionários do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio,

principalmente à Rita, pela colaboração e paciência;

Ao IME-Instituto Militar de Engenharia, pela disponibilidade na utilização dos

laboratórios que permitiram o desenvolver conciso desta pesquisa;

À CAPES – Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, pela

concessão da bolsa de fomento;

À PUC-Rio – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro e ao

Departamento de Engenharia Civil, pela bolsa de isenção e a oportunidade em poder

cursar o Mestrado em uma das mais renomadas instituições do país na área;

À Deus, por tudo!

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Resumo

Malko, José Adriano Cardoso; Casagrande, Michéle Dal Toé; Silva, Ben-Hur

de Albuquerque e. Aplicabilidade de Enzimas para Melhoramento de

Solos em Pavimentação. Rio de Janeiro, 2015. 121 p. Dissertação de

Mestrado. Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade

Católica do Rio de Janeiro.

Nos últimos anos no Brasil houve uma grande oferta de aditivos patenteados

(enzimas) ao mercado rodoviário, como solução de estabilização de solos. Porém,

muitas vezes são rejeitados pelo fato de não haver embasamento teórico para

comprovar tais utilizações e também pelos próprios pesquisadores não

vislumbrarem oportunidades de pesquisas. De qualquer forma, esses produtos estão

sendo comercializados e, em muitos casos, municípios e estados desperdiçam

recursos ao optar por uma solução ainda não muito estudada. Na presente pesquisa,

estudou-se a utilização de enzimas com aplicação em diferentes solos buscando seu

melhoramento. Para isso, foi utilizado um simulador de tráfego portátil (Load

Wheel Test - LWT), utilizado para avaliar o efeito da compactação e as

características de deformação de camadas de revestimentos asfálticos. Para tal, foi

utilizado um conjunto de diversos acessórios para moldagem de corpos de prova no

formato de 380x50x10mm, podendo ser facilmente adaptados ao equipamento.

Foram investigadas variáveis com três diferentes tipos de solos lateriticos, três

diferentes tipos de enzimas, solo no estado puro e tratado com três variações de

dosagem na aplicação das enzimas e quatro tempos de cura dos corpos de prova.

Esses corpos de prova foram moldados e ensaiados a fim de obter uma série de

resultados experimentais, seguiu-se um rigoroso cuidado na produção para garantir

a igualdade e, posteriormente, poder comparar resultados do solo tratado com

enzimas com o solo sem qualquer tipo de tratamento. Concluiu-se que os solos

melhorados com enzimas mostraram-se eficazes para aplicação em pavimentos,

sendo seu comportamento diferenciado pelo tipo de solo, tipo de enzima e teor de

aplicação das mesmas, em alguns resultados apresentando melhorias acima de

500% quando comparado ao solo no estado puro.

Palavras-chave

Melhoramento de solos; enzimas; pavimentação; ensaio LWT

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Abstract

Malko, José Adriano Cardoso; Casagrande, Michéle Dal Toé (Advisor);

Silva, Ben-Hur de Albuquerque e (Co-advisor). Applicability of Enzymes

for Soils Improvement in Pavements. Rio de Janeiro, 2015. 121 p. Msc.

Dissertation. Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade

Católica do Rio de Janeiro.

Recently in Brazil, there was a great offer of patented additives (enzymes) to

the highway works as solution to soil stabilization. However, they are sometimes

rejected because there are not enough theoretical knowledge to prove such use, and

because researchers do not see it as a promising research field. Anyway, these

products have been traded, and frequently, the counties and states waste their

resources by choosing a solution that is not well studied yet. In the present research,

it was studied the use of additives applied in some soils, aiming its stabilization.

For this study, it was used a portable traffic simulator (Load Wheel Test - LWT),

used to evaluate the effect of the compression and deformation characteristics of

asphalt layers coatings. For that, it was used a set of several accessories for molding

the specimens in 380x50x10mm format and can be easily adapted to the equipment.

Were investigated three different types of lateritic soils, three different types of

enzymes, soil in the pure state and treated with three dosage variations in the

application of enzymes and four curing times of the specimens. These specimens

were molded and tested in order to obtain a series of experimental results was

followed a rigorous care in production to ensure equal and, subsequently, be able

to compare the results of the soil treated with enzyme and the soil without any

treatment. It was concluded that the soils improved with enzyme were effective for

application in pavements, with their behavior distinguished by the type of soil, type

of enzyme content and it application, in some results showing improvements over

500% compared to the soil in the pure state.

Keywords

Soils improvement; enzymes; pavements; Load Wheel Test (LWT)

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Sumário

1 Introdução 19

1.1 Relevância e Justificativa da Pesquisa 19

1.2 Objetivos 21

1.3 Estrutura da Dissertação 22

2 Revisão Bibliográfica 23

2.1 Considerações Iniciais 23

2.2 Estabilização de Solos 23

2.2.1 Estabilização Mecânica 25

2.2.2 Estabilização Física 25

2.2.3 Estabilização Química 26

2.3 Aditivos Orgânicos 35

2.3.1 Histórico 35

2.3.2 Enzimas Patenteadas 37

2.3.3 Pesquisas Realizadas 39

2.4 Considerações sobre a Revisão Bibliográfica 40

3 Programa Experimental 41


3.2 Materiais Utilizados 41

3.2.1 Solos 42

3.2.2 Enzimas 45

3.2.3 Água 45

3.2.4 Misturas 46

3.3 Ensaios Realizados 48

3.3.1 Coleta e Preparação das Amostras 48

3.3.2 Ensaios Físicos 49

3.3.3 Ensaios Químicos 56

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3.3.4 Ensaios Mecânicos 57

3.3.5 Micromorfologia e Mineralogia 80

4 Resultados e Discussões 81


4.2 Ensaios Físicos 81

4.2.1 Análise Granulométrica 81

4.2.2 Massa Especifica Real dos Grãos 82

4.2.3 Limites de Atterberg 82

4.2.4 Classificação dos Solos 83

4.3 Ensaios Químicos 84

4.3.1 Composição Química 84

4.3.2 Teor de Matéria Orgânica 88

4.4 Ensaios Mecânicos 88

4.4.1 Ensaio de Compactação 88

4.4.2 Ensaio de Índice de Suporte Califórnia 89

4.4.3 Ensaio LWT – Load Wheel Test 90

4.4.4 Compressão Simples 100

4.5 Micromorfologia e Mineralogia 102

4.5.1 Micromorfologia – Microscopia Eletrônica de Varredura 102

4.5.2 Mineralogia – Difração de Raios-X 106

5 Conclusões e Sugestões para Futuros Trabalhos 111

5.1 Conclusões 111

5.2 Sugestões para Futuros Trabalhos 113

6 Referências Bibliográficas 114

Anexo I 120

Carta de Reconhecimento de Baixa Intensidade dos Solos do Estado do Rio de Janeiro 120

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Lista de Figuras

Figura 2-1 – Ilustração da reação gerada com a adição de enzima ao

solo (EMC, 2014) 38

Figura 3-1 - Localização da jazida onde foram retirados os solos do

presente estudo 42

Figura 3-2 - Detalhe da jazida onde foram retirados os solos do

presente estudo 42

Figura 3-3 - Perfil com os três diferentes solos desta pesquisa 43

Figura 3-4 - Solos utilizados no presente estudo 43

Figura 3-5 - Solo preto utilizado no presente estudo 44

Figura 3-6 - Solo amarelo utilizado no presente estudo 44

Figura 3-7 - Solo vermelho utilizado no presente estudo 45

Figura 3-8 - Enzimas em solução de 3% (em volume) em água

utilizadas no presente estudo 46

Figura 3-9 - Perda de massa por imersão do solo vermelho do presente

estudo 54

Figura 3-10 - Equipamento LWT - detalhes. 61

Figura 3-11 - Materiais e ferramentas utilizados no preparo da amostra

para o corpo de prova – etapa 1 63

Figura 3-12 - Preparo da amostra de solo para corpos de prova 63

Figura 3-13 - Preparo da solução com a enzima 64

Figura 3-14 - Mistura do solo com água-enzima 65

Figura 3-15 - Equipamento e ferramentas utilizados no preparo da

amostra - etapa 2 - parte 1 66

Figura 3-16- Preparação do molde para preparação do corpo de prova

67

Figura 3-17 - Preparação do molde para preparação do corpo de prova

(continuação) 68

Figura 3-18 - Preparação do corpo de prova - compactação manual 69

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Figura 3-19 - Ferramentas e equipamento utilizados no preparo da

amostra - etapa 2-parte 2 70

Figura 3-20 - Compactação do corpo de prova na prensa 71

Figura 3-21 - Compactação do corpo de prova na prensa (continuação)

72

Figura 3-22 - Extração do corpo de prova do molde 73

Figura 3-23 - Extração do corpo de prova (continuação) 74

Figura 3-24 - Procedimento de cura dos corpos de prova 75

Figura 3-25 - Equipamento e ferramentas utilizadas durante a etapa de

ruptura do corpo de prova 75

Figura 3-26 - Montagem do LWT para ruptura do corpo de prova 76

Figura 3-27 - Ruptura do corpo de prova 77

Figura 3-28 – Ruptura do corpo de prova (continuação) 78

Figura 3-29 - Equipamento utilizado para ruptura dos corpos de prova

a compressão simples no laboratório de solos do IME 80

Figura 4-1 - Resultados das análises granulométricas do presente

estudo 82

Figura 4-2 - Classificação MCT para o solo preto estudado 83

Figura 4-3 - Classificação MCT para o solo amarelo estudado 84

Figura 4-4 - Classificação MCT para o solo vermelho estudado 84

Figura 4-5 - Composição dos elementos químicos do solo preto do

presente estudo 85

Figura 4-6 - Composição dos elementos químicos do solo amarelo do

presente estudo 85

Figura 4-7 - Composição dos elementos químicos do solo vermelho do

presente estudo 86

Figura 4-8 - Composição dos óxidos do solo preto do presente estudo 86

Figura 4-9 - Composição dos óxidos do solo amarelo do presente

estudo 87

Figura 4-10 - Composição dos óxidos do solo vermelho do presente

estudo 87

Figura 4-11 - Curvas de compactação dos solos deste estudo 89

Figura 4-12 - Representação gráfica dos resultados de ISC dos solos

estudados 90

Figura 4-13 - Resultados ensaio LWT utilizando enzima EMC 91

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Figura 4-14 - Resultados ensaio LWT utilizando enzima TZ 93

Figura 4-15 - Resultados ensaio LWT utilizando enzima PZ 94

Figura 4-16 - Resultados ensaio LWT utilizando dosagem 1:40 96



Figura 4-19 - Variação do tempo de cura (solo preto, enzima PZ,

dosagem 1:20) 100

Figura 4-20 - Corpo de prova para ensaio de compressão simples –

solo preto puro 101

Figura 4-21 - Compressão simples - solo preto puro e tratado com PZ 101

Figura 4-22 - Microscopia eletrônica de varredura - solo vermelho puro

e tratado com PZ 1:20 (100x, 200x e 2000x) 103

Figura 4-23 - Microscopia eletrônica de varredura - solo amarelo puro

e tratado com PZ 1:20 (100x, 200x e 2000x) 104

Figura 4-24 - Microscopia eletrônica de varredura - solo preto puro e

tratado com PZ 1:20 (100x, 200x e 2000x) 105

Figura 4-25 - Microscopia eletrônica de varredura - solo preto puro e

tratado com PZ 1:20 (50.000 e 100.000x) 106

Figura 4-26 – Resultado de difração de raios-x do solo preto no estado

puro 107

Figura 4-27 - Resultado de difração de raios-x do solo preto tratado

com enzima PZ 108

Figura 4-28 - Resultado de difração de raios-x do solo amarelo no

estado puro 108

Figura 4-29 - Resultado de difração de raios-x do solo amarelo tratado

com enzima PZ 109

Figura 4-30 - Resultado de difração de raios-x do solo vermelho no

estado puro 109

Figura 4-31 - Resultado de difração de raios-x do solo vermelho tratado

com enzima PZ 110

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Lista de Tabelas

Tabela 3-1 - Misturas solo-enzimas estudadas 47

Tabela 3-2 - Valores tipicos de c' para diferentes granulometrias de

solos (Nogami e Villibor, 1995) 52

Tabela 3-3 - Valores tipicos de d' para diferentes granulometrias de

solos (Nogami e Villibor, 1995) 53

Tabela 3-4 - Equipamento e ferramentas utilizados no preparo da

amostra - etapa 2-parte 1 66

Tabela 3-5 – Cargas sobre o corpo de prova a cada 1000 passadas 77

Tabela 4-1 - Resultados das análises granulométricas do presente

estudo 81

Tabela 4-2 - Resultados dos ensaios de densidade real dos grãos do

presente estudo 82

Tabela 4-3 - Resultados dos ensaios de limites de Atterberg do

presente estudo 82

Tabela 4-4 - Teor de matéria orgânica dos solos do presente estudo 88

Tabela 4-5 - Resultados dos ensaios de compactação 88

Tabela 4-6 - Resultados de ISC para os solos estudados 89

Tabela 4-7 - Resultados de expansão aos 4 dias de imersão 89

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Lista de Abreviaturas

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ABPv Associação Brasileira de Pavimentação

BT Bloco de Teste

CBR California Bearing Ratio

CP Corpo de Prova

DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes

EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecuárias

EMC Enzima Earth Materials Catalyst

PZ Enzima PermaZyme

TZ Enzima TerraZyme

FHWA Federal Highway Administration - USA

HRB Highway Research Board

COPPE Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa

IPR Instituto de Pesquisas Rodoviárias

IME Instituto Militar de Engenharia

LVA Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico

LWT Load Wheel Test

MEAS Massa Especifica Aparente Seca

MCT Miniatura Compactada Tropical

NBR Norma Brasileira

PUC-Rio Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro

EDX Raios-X por Energia Dispersiva

RSU Resíduos Sólidos Urbanos

SE/2 Seção de Ensino de Engenharia de Fortificação e Construção

SUCS Sistema Unificado de Classificação dos Solos

USA United States of America

UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro

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Lista de Símbolos

H2SO4 Ácido sulfúrico

H2O Água

Al2O3 Alumina

Al Alumínio

SO3 Anidro Sulfúrico

cm Centímetros

KCl Cloreto de Potássio

Cl Cloro

Cu Cobre

CO2 Dióxido de Carbono

TiO2 Dióxido de Titânio

S Enxofre

Fe Ferro

Gs Grama

g/cm³ Grama por centímetro cúbico

°C Graus centígrados

Fe2O3 Hematita

NaOH Hidróxido de sódio

IP Índice de Plasticidade

ISC Índice de Suporte Califórnia

E Índice de vazios

KI Iodeto de Potássio

Ir Irídio

LL Limite de Liquidez

LP Limite de Plasticidade

Mn Manganês

d Massa Especifica Seca

MO Matéria Orgânica

pH Medida da acidez ou basicidade

m Metro

ml Mililitro

mm Milímetro

mm/min Milímetro por minuto

min Minuto

# Número

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CaO Óxido de Cálcio

PbO Óxido de Chumbo (II)

CuO Óxido de Cobre (II)

Cr2O3 Óxido de Crômio (III)

SrO Óxido de Estrôncio

MgO Óxido de Magnésio

MnO Óxido de Manganês (II)

K2O Óxido de Potássio

Na2O Óxido de Sódio

ZnO Óxido de Zinco

ZrO2 Óxido de Zircônio

P2O5 Pentóxido de Fósforo

V2O5 Pentóxido de Vanádio

Gs Peso específico

” Polegadas

pol Polegadas

% Porcentagem

K Potássio

kN Quilo Newton

kPa Quilo Pascal

kg Quilograma

kgf/m² Quilograma força por metro quadrado

kg/m³ Quilograma por metro cúbico

SiO2 Sílica

Si Silício

Ti Titânio

t Tonelada

t/ano Tonelada por ano

w Umidade

V Vanádio

Zn Zinco

Zr Zircônio

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How pale and tedious this world would be

without mystery

Ibn Sina

The important thing is not to stop questioning.

Curiosity has its own reason for existing

Albert Einstein

However bad life may seem, there is always

something you can do, and succeed at. While

there’s life, there is hope

Stephen Hawking

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1 Introdução

1.1 Relevância e Justificativa da Pesquisa

Certos compostos orgânicos encontraram na pavimentação um grande campo

de aplicação. Conhecidos como aditivos para estabilização de solos, têm sido

indicados para a construção de camadas estruturais para pátios de estacionamento

ou industriais, camadas de pavimentos rodoviários, camadas absorventes de ruídos

e vibrações em ruas urbanas, obras rodoviárias emergenciais de pavimentação,

minimização do esforço de compactação de solos, etc. Em outras áreas são

utilizados para injeções de reforço de fundações, melhoria da estrutura do solo para

fins agrícolas, controle da erosão, estabilização de taludes, impermeabilização de

açudes e lagos artificiais, produção de blocos para alvenaria, entre outras

aplicações.

A incorporação destes produtos aos solos, para fins de estabilizá-lo gera um

compósito organomineral, que no caso dos pavimentos, é entregue à comunidade

na forma de imensos volumes de materiais de construção estruturais, os quais estão

sendo solicitados pelo tráfego dos veículos sem terem sido testados e aprovados

pelas entidades normalizadoras. Podem, portanto, contribuir para aumentar ainda

mais o quadro desolador do atual estado de serventia dos pavimentos nacionais.

Agentes estabilizantes, contudo, são uma antiga necessidade para melhorar as

propriedades de engenharia dos solos argilosos que revestem uma ampla área do

mundo tropical. Estes solos, como camadas estruturais, apesar de apresentarem

resistências surpreendentes quando submetidos ao tráfego de cargas, com o tempo

chuvoso sofrem rupturas e com o tempo seco apresentam o inconveniente da

formação de poeira, quando sem revestimento; mesmo revestidos, sua instabilidade

volumétrica devido à variação da umidade, provoca sérios danos à estrutura de um

pavimento.

O tema estabilização de solos com aditivos patenteados (enzimas) na

pavimentação é um assunto, pelo menos no Brasil, desprezado pela maioria dos

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Capítulo 1 - Introdução 20

engenheiros rodoviários. Esses agentes estabilizantes que ninguém sabe ao certo

suas formulações especiais e secretas, mas que estão sobrevivendo desde o início

do século passado, década após década, à rejeição por parte dos estudiosos da área,

vêm atualmente sendo disponibilizados através de centenas de produtos num

mercado mundial que se torna bastante lucrativo e está em franca expansão.

Produtos nacionais e importados estão sendo extensivamente

comercializados, principalmente para órgãos municipais e estaduais além da

iniciativa privada, os quais muitas vezes desperdiçam consideráveis recursos

devido ao mal desempenho gerado pela aplicação deficiente do aditivo.

Incompatibilidade de materiais, ou outra causa, afetam a credibilidade desses

inovadores agentes específicos para a importante e necessária ação de melhoria da

qualidade dos solos para fins de construções civis.

Os aditivos, como agentes estabilizantes, estão cada vez mais sendo

utilizados, inclusive indiscriminadamente e, com frequência, investimentos

destinados a obras não têm o retorno esperado. Produtos com o potencial e as

características desses novos materiais, os quais podem ser usados para melhorar as

propriedades de engenharia de solos do próprio local onde a obra será concebida, é

o sonho de qualquer engenheiro.

Tentar entender e solucionar o desafio, pelo menos até o presente momento,

é de importância crucial. O maior problema que se enfrenta com relação à eficácia

ou desempenho desses materiais é a avaliação técnica. Vários grupos de estudo vêm

se interessando no assunto.

Todos os tipos distintos de ensaios convencionais já foram utilizados; ora

endossam, ora não, ou seja, não conseguem caracterizar as propriedades destes

aditivos não convencionais (Rauch et al., 2002; Andrew et al., 2003; Brandon et

al., 2009). Pelo menos até o presente momento não se tem notícia de algum tipo de

ensaio ou teste apropriado que reproduza adequadamente o desempenho de solos

melhorados com enzimas nas condições de campo.

Muitos autores têm interesse nestes relativamente novos agentes

estabilizantes e já tentaram (e tentam) ainda que sem sucesso, propor novas

metodologias de avaliação (Martin et al., 2003; Jones, 2003; Petry e Khaled, 2005;

Visser, 2007).

DBD



Trabalhar e desenvolver mais este assunto é imprescindível, pois o país

precisa melhorar muito suas estradas, principalmente e em especial as vicinais, por

onde escoam todas as riquezas de origem agrícola (Brazetti et al, 2013).

Neste contexto, a presente pesquisa é de extrema relevância, pois a matéria

prima, o solo, é um recurso natural abundante e barato, o que justifica plenamente

seu uso como material de construção rodoviária, sem contar o benefício

proporcionado na minimização do impacto ambiental causado por extrações de

materiais mais nobres como britas e areias.

1.2 Objetivos

O objetivo principal desta pesquisa é avaliar o potencial de utilização de

aditivos patenteados (enzimas) para aplicação em solos de base e sub-base em obras

de pavimentos rodoviários.

Este objetivo será alcançado através da avaliação do comportamento

mecânico de diversas misturas solo-enzima, estabelecendo padrões que possam

medir a influência da adição das enzimas.

A partir do objetivo geral, os seguintes objetivos específicos foram

estabelecidos:

Avaliar o comportamento das misturas solo-enzima com três diferentes

tipos de solos;

Analisar o comportamento das misturas com aplicação de três diferentes

aditivos (enzimas) disponíveis no mercado;

Estudar a influência da dosagem das enzimas nos diferentes tipos de

solos;

Avaliar o comportamento da melhor mistura ao longo do tempo

(influência do tempo de cura: 14, 28, 56 e 90 dias);

Através da análise dos resultados obtidos, estudar a viabilidade da

utilização de enzimas em pavimentação.

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1.3 Estrutura da Dissertação

Este estudo está dividido em cinco capítulos, de acordo com as etapas de

pesquisa realizadas, iniciando com este capitulo de introdução (Capítulo 1), seguido

do Capítulo 2, onde é apresentada uma revisão da literatura existente

compreendendo os tópicos referentes aos principais assuntos abordados nesta

pesquisa.

No Capítulo 3 é descrito detalhadamente o programa experimental, bem como

é apresentada uma descrição dos materiais utilizados, equipamentos, métodos de

ensaios e também as variáveis investigadas em cada fase do estudo.

No Capítulo 4 são apresentados todos os resultados, análises e discussões da

classificação geotécnica dos solos estudados e dos ensaios realizados.

Por fim, no Capítulo 5 são apresentadas as conclusões que representam a

síntese do conhecimento adquirido durante a realização desta pesquisa, e também

se encontram as sugestões para futuras pesquisas.

DBD


2 Revisão Bibliográfica

2.1 Considerações Iniciais

A revisão bibliográfica desta dissertação abrange os seguintes tópicos:

Conceitos a respeito da estabilização de solos, as principais características

dos tipos mais utilizados na construção de pavimentos rodoviários;

Breve descrição sobre a utilização de algumas cinzas em camadas de base

de pavimentos, bem como de enzimas utilizadas para melhoramento de

solos;

Descrição do equipamento LWT (Load Wheel Test).

2.2 Estabilização de Solos

O conhecimento das características e propriedades mecânicas do solo

existente e disponível no local de execução de um projeto de pavimentação é de

suma importância para análise da adequação aos requisitos técnicos. Entretanto,

ocorre com certa frequência a existência de solos que não apresentam as

propriedades adequadas para suportar as cargas impostas ao pavimento. Nestes

casos, normalmente uma das soluções mais comuns é a procura por outros materiais

diferentes, que preencham os requisitos técnicos mínimos, o que ocasiona custos

adicionais, como por exemplo de transporte, que muitas vezes podem inviabilizar

o projeto (Lopes, 2011).

Vogt (1971) definiu a estabilização como todo método que visa aumentar, de

maneira durável, durante todas as estações do ano, a resistência de um material aos

esforços desenvolvidos pelo tráfego e aos efeitos destruidores exercidos pelas

intempéries. Pode ser definida como sendo a alteração de qualquer uma de suas

propriedades, de forma a melhorar seu comportamento sob o ponto de vista da

engenharia. Consiste em um tratamento artificial, por um processo mecânico, físico,

químico ou físico-químico, tornando o solo estável para os limites de sua utilização,

DBD


Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica 24

e ainda fazendo com que a estabilização permaneça sob a ação de cargas exteriores

e também sob ações climáticas variáveis.

O solo pode ser considerado como o material de construção civil mais comum

e de maior abundância na crosta terrestre. Do ponto de vista da terraplenagem e

pavimentação, faz parte do subleito, sub-base, por vezes da base e até do

revestimento primário. Quando as características dos solos locais não apresentam,

total ou parcialmente, os requisitos exigidos, o engenheiro terá que adotar uma das

seguintes atitudes (Medina, 1987):

Evitar ou contornar o terreno ruim;

Remover o solo ruim e substituí-lo por outro de qualidade superior;

Projetar a obra para situação de terreno ruim de fundação (conviver com

a situação difícil);

Estabilizar o solo existente.

Para Guimarães (2002), a estabilização dos solos pode ser obtida por diversas

e diferentes técnicas, que podem ser classificadas em dois grupos:

Estabilização Mecânica: adequação da granulometria e plasticidade, com

adição ou subtração de certas quantidades das frações constituintes, além

da compactação;

Estabilização Química: mistura com aditivos orgânicos ou inorgânicos,

como materiais betuminosos, resinas, compostos de fósforo, silicatos de

sódio, cal, cimento Portland e outros e posterior compactação.

Segundo Medina e Motta (2004) podem-se destacar três métodos de

estabilização de solos: mecânico, físico e químico, podendo ser adaptados e

combinados para a solução de um problema.

Com relação ao solo, as seguintes condições devem ser consideradas, de

modo a escolher o melhor método de estabilização (Kézdi, 1979):

Propriedades do solo na condição natural;

Propriedades esperadas do solo estabilizado;

Efeitos no solo estabilizado após a estabilização.

A escolha por um ou outro tipo de estabilização é influenciada pelo custo,

finalidade da obra, e em particular, pelas características dos materiais e

propriedades do solo que devem ser corrigidas.

DBD



2.2.1 Estabilização Mecânica

A estabilização mecânica por compactação refere-se ao processo de

tratamento de um solo com a finalidade de minimizar sua porosidade pela aplicação

de sucessivas cargas, pressupondo que a redução de volume de vazios é relacionada

ao ganho de resistência mecânica (Santos et al., 1995).

Esta densificação é utilizada em todas as camadas do pavimento, sejam estas

estabilizadas por outro processo ou não, e é realizada por meio de equipamento

mecânico, geralmente um rolo compactador, embora, em alguns casos, como em

pequenas valetas, até soquetes manuais possam ser empregados (Pinto e Preussler,

2002).

Por outro lado, a estabilização mecânica por correção granulométrica engloba

as melhorias induzidas em um solo pela mistura deste com outro ou outros solos

que possibilitem a obtenção de um novo produto com propriedades adequadas para

determinados fins de engenharia (Santos et al., 1995).

Na estabilização granulométrica procura-se obter um material bem graduado

e de porcentagem limitada de partículas finas, com a mistura íntima homogeneizada

de dois ou mais solos e sua posterior compactação (Vizcarra, 2010).

Porém, há um limite na utilização desse tipo de estabilização, pois se tratando

de um solo argiloso poderá haver lamaçal antes de se atingir o Índice de Suporte

Califórnia e em caso de solos arenosos a compactação poderá ser inútil.

2.2.2 Estabilização Física

Soliz (2007) afirma que a estabilização física mais comumente empregada em

pavimentação é a descrita no item anterior, como parte da estabilização mecânica,

que consiste na modificação das propriedades do solo atuando na textura, ou seja,

misturando solos com diferentes frações granulométricas.

Outras técnicas envolvem tratamentos térmicos de secagem ou congelamento,

tratamento elétrico e eletro-osmose, que melhoram as características estruturais e

de drenagem dos solos (Oliveira, 2004).

O tratamento térmico de secagem é citado por Ingles e Metcalf (1973) em

estradas de terra na Índia, onde se precedeu à queima do solo no local.

DBD



Atualmente o emprego da calcinação de argila para gerar agregados para uso

em locais onde não se tem agregados naturais, como na Amazônia, por exemplo,

pode ser considerada uma forma de estabilização física, onde o uso de calor intenso

por queima controlada também provoca intensa alteração nos argilominerais

presentes no solo (Nascimento, 2005; Cabral, 2005).

Cabe mencionar que as argilas plintícas quando escavadas em blocos e secas

ao ar constituem blocos que podem ser usados em construção civil, o que foi

observado na Índia no século 19, que o fez criar o termo “laterita” – de later – tijolo

em latim.

Cristelo (2001) comenta o tratamento por aquecimento, que consiste em

introduzir no solo, através de um tubo perfurado, uma mistura comprimida de ar

muito quente e combustível. O aquecimento pode ser obtido por queima de

combustíveis ou por processos elétricos. Outro processo térmico, por resfriamento,

provoca a estabilização por congelamento artificial da água intersticial originando

um material rígido com elevada resistência. Nenhum destes processos no entanto

tem tido aplicação na pavimentação.

O processo de eletro-osmose foi estudado por Castello Branco (1978), e

consiste em colocar dois eletrodos numa massa de solo e fazer passar uma corrente

elétrica entre eles, isto promove a migração da água presente no solo do eletrodo

positivo para o negativo diminuindo assim a quantidade de água no solo e

permitindo a sua consolidação. Também não tem sido aplicado em pavimentação,

mas hoje mostra-se como uma alternativa viável para processo de remediação de

solo contaminado.

2.2.3 Estabilização Química

Segundo Medina (1987) na estabilização química, como indicado pelo

próprio nome, há ocorrência de reação química do aditivo com os minerais do solo

(fração coloidal) ou o preenchimento dos poros pelo produto da reação química do

aditivo com a água.

A estabilização química consiste na adição de uma determinada substância

química ao solo, de modo a provocar mudanças que influenciam as propriedades de

resistência mecânica, permeabilidade e deformabilidade deste, atingindo-se, então

o objetivo de estabilizá-lo (Santos et al., 1995).

DBD



De acordo com Sandroni e Consoli (2010), melhorar ou controlar a

estabilidade volumétrica, resistência e propriedades tensão-deformação estão entre

os principais objetivos da mistura de aditivos aos solos. As reações químicas mais

comuns na estabilização são as de troca catiônica com partículas de argilas, além

das reações cimentícias e pozolânicas. Normalmente, os agentes químicos mais

utilizados para a estabilização de solos são o cimento Portland, cal, cinza volante e

emulsões betuminosas.

Quando se forma a mistura solo-estabilizador pode ocorrer que o estabilizador

forme ou não uma matriz contínua com o solo. Na matriz contínua o agente

estabilizador preenche todos os poros e as partículas de solo ficam nela

mergulhadas como se fossem um inerte de enchimento. Neste caso as propriedades

do sistema são essencialmente as da matriz e as propriedades mecânicas do

estabilizador predominam. Tem-se várias reações resultantes da mistura solo-

estabilizador: reações físicas - variação de temperatura, hidratação, evaporação e

adsorção e reações químicas - troca catiônica, precipitação, polimerização,

oxidação, solução e carbonatação (Medina, 1987).

Na matriz descontínua o estabilizador não preenche todos os poros e então

podem ocorrer três modos de ação:

Modificação das características das superfícies das partículas;

Vedação inerte dos poros;

Interconexão entre as partículas de solo (solda por pontos).

Algumas características sobre os principais tipos de estabilização química são

descritas nos subitens a seguir.

2.2.3.1 Solo-Cal

Sandroni e Consoli (2010) apresentam que a quantidade de cal necessária para

o tratamento de solos depende das características do solo, uso e características

mecânicas desejadas da mistura e do tipo de cal.

O tratamento de solos com cal pode ser dividido em duas classes gerais:

Modificação do solo com cal, a qual reduz a plasticidade do solo, melhora

a trabalhabilidade, aumenta a resistência de defloculação e erosão;

DBD



Estabilização do solo com cal, a qual fornece aumento permanente da

resistência e rigidez do solo devido a ocorrência de reações pozolânicas.

O tratamento de solos com cal não é eficiente em solos com baixo teor de

argila, uma vez que o melhoramento das propriedades mecânicas é produzido pelas

reações entre a cal e os minerais argílicos. Todos os minerais argílicos reagem com

a cal, com a resistência das reações, geralmente aumentando na proporção da

quantidade de sílica disponível.

Quatro tipos básicos de reações que ocorrem em solos coesivos tratados com

cal:

Carbonatação;

Troca catiônica;

Floculação/aglomeração;

Reações pozolânicas.

A carbonatação ocorre quando o dióxido de carbono existente no ar ou em

água estagnada entra em contato com a matriz solo-cal e converte a cal novamente

em carbonato de cálcio. O carbonato de cálcio é uma cimentação fraca e solubiliza

na água acida. A carbonatação é indesejável uma vez que reduz a quantidade de cal

disponível para produzir as reações pozolânicas (cimentícias).

Cal misturada com água resulta em cátions de cálcio livres, os quais podem

substituir outros cátions dentro dos complexos de troca catiônica que ocorrem no

solo. A troca catiônica é ao menos parcialmente responsável pela floculação e

aglomeração de partículas de argila que ocorre em solos tratados com cal. O

resultado prático da floculação-aglomeração é a mudança na textura do solo uma

vez que as partículas de argila unem-se e formam partículas de dimensões maiores.

As reações pozolânicas são similares aquelas que ocorrem em solos tratados

com cimento. É sabido que a cal e a água reagem com sílica e alumina existentes

no solo para formar vários componentes cimentícios. Origens típicas de sílica e

alumina em solos incluem minerais argílicos, quartzo, feldspato, micas e outros

silicatos ou alumino-silicatos similares, com estrutura cristalina ou amorfa. A

adição de cal também aumenta o pH do solo, aumentando a solubilidade da sílica e

da alumina presentes no solo. Se uma quantidade significativa de cal é adicionada

ao solo, o pH pode alcançar 12,4, que é o pH da água saturada com cal. A seguir

são apresentadas as reações que ocorrem no solo tratado com cal:

DBD



Ca(OH)2 → Ca+2 + 2(OH)-

Ca+2 + 2(OH)- + SiO2 (sílica da argila) → CSH (silicato hidratado de cálcio)

Ca+2 + 2(OH)- + Al2O3 (alumina da argila) → CAH (aluminato hidratado de

cálcio)

Onde:

C = CaO, S = SiO2, A = Al2O3 e H = H2O

Tais reações somente ocorrem na presença de quantidades de água capazes

de trazer Ca+2 e (OH)- para a superfície das partículas de argila.

Consequentemente, as reações não ocorrerão em solos secos e cessarão em

um solo úmido que vier a secar. O efeito da cal nas propriedades do solo pode ser

visto sob vários aspectos:

Distribuição granulométrica: há uma modificação da granulometria do

solo, devido à ocorrência de floculação-aglomeração e que quanto maior

a quantidade de cal maior a floculação;

Plasticidade: o limite de plasticidade (LP) cresce com o uso da cal e o

limite de liquidez (LL) tende a diminuir. O aumento do teor de cal acarreta

valores de IP cada vez menores. O índice de plasticidade (IP) varia com

o tempo de reação;

Variação de volume: o tratamento de um solo expansivo com cal reduz as

variações de volume do solo quando este absorve água;

Compactação: a densidade diminui e o teor de umidade ótima aumenta

quando se trata um solo com cal;

Resistência: Consoli et al (1997) verificaram que o teor de cal e o tempo

de cura são fatores que influenciam no aumento da resistência a

compressão simples num solo estabilizado com cal.

Quanto maior o teor de cal maior a troca catiônica e a formação de produtos

cimentantes, mas não existe um teor ótimo de cal a ser adotado para todos os solos,

sendo a experiência de campo e laboratório, decisiva para a escolha do teor de cal.

DBD



2.2.3.2 Solo-Cimento

Sandroni e Consoli (2010) relatam que diversos tipos de cimentos podem ser

utilizados para estabilizar praticamente todos os tipos de solos, com algumas

dificuldades particulares para argilas altamente plásticas e orgânicas (contendo

mais que 1-2% de matéria orgânica), as quais normalmente exigem altas

porcentagens de cimento para a obtenção de significativas mudanças nas

propriedades mecânicas das mesmas. Cimentos Portland são cimentos hidráulicos

(ganham resistência através de reações para com a água – hidratação). Os quatro

componentes principais do cimento Portland são:

Silicato Tricálcico (3CaO . SiO2) → C3S

Silicato Dicálcico (2CaO . SiO2) → C2S

Aluminato Tricálcico (3CaO . Al2O3) → C3A

Aluminoferrito Tetracálcico (4CaO . Al2O3 . Fe2O) → C4AF

As reações primárias que ocorrem quando a água é adicionada ao cimento

Portland podem ser sumarizadas a seguir:

2 (3CaO . SiO2) + 6H2O → 3CaO . 2 SiO2 . 3H2O + 3Ca(OH)2

2 (3CaO . SiO2) + 4H2O → 3CaO . 2 SiO2 . 3H2O + Ca(OH)2

3CaO . Al2O3 + 12H2O + Ca(OH)2 → 3CaO . Al2O3 . Ca(OH)2 . 12H2O

4CaO . Al2O3 . Fe2O + 10H2O + 2Ca(OH)2 → 6CaO . Al2O3 . Fe2O3 . 12H2O

O C3S enrijece rapidamente e é o responsável primário pela resistência inicial.

O C2S enrijece lentamente e contribui para aumento de resistência para idades além

de 1 semana. O C3A libera grande quantidade de calor durante os primeiros dias de

DBD



enrijecimento e contribui pouco para o desenvolvimento da resistência inicial. Em

solos finos, a fase argila também pode contribuir para a estabilização através de sua

solução em um meio com pH alto e reações com a cal livre do cimento para formar

CSH adicional (reações pozolânicas).

De forma geral, a quantidade de cimento necessária para estabilizar um solo

aumenta com o aumento da fração de solos finos, com exceção de areias uniformes

que requisitam mais cimento que solos arenosos contendo algum tipo de silte e

argila.

Pode-se dividir a estabilização por cimento nas seguintes categorias (Medina,

1987):

Solo-cimento: é um material endurecido pela cura de uma mistura íntima

compactada mecanicamente com solo pulverizado, cimento portland e

água, sendo esse endurecimento avaliado por critérios de durabilidade e

resistência à compressão simples de corpos de prova. Normalmente é

utilizado como base ou sub-base;

Solo modificado ou melhorado: é um material não endurecido ou semi-

endurecido que é julgado pela alteração dos índices físicos e/ou

capacidade de suporte do solo. Utiliza-se um teor baixo de cimento que

não deve ser maior que 5%. Pode ser utilizado como base, sub-base ou

subleito;

Solo-cimento plástico: difere do solo cimento definido anteriormente, por

ser utilizada uma quantidade maior de água durante a mistura, de forma a

produzir uma consistência de argamassa na ocasião da colocação. É

utilizado para revestimento de valas, canais e taludes.

Existem dois métodos de dosagem para solo-cimento, ambos encontram-se

descritos em Macêdo (2004).

O primeiro, estabelecido pela ABNT – Associação Brasileira de Normas

Técnicas;

O segundo, chamado método físico-químico, desenvolvido na COPPE-

Universidade Federal do Rio de Janeiro, pelo Professor Francisco José

Casanova de Oliveira e Castro.

DBD



2.2.3.3 Solo-Cinza de Carvão

Nardi (1975) afirmou que processos clássicos de estabilização de solos são

normalmente de difícil aplicação a solos mal graduados e uniformes, desprovidos

de finos, dado que a uniformidade das partículas do solo dificulta a cimentação,

devido ao maior volume de vazios e o menor número de contatos entre os grãos de

solo. Rosa (2009), seguindo o mesmo raciocínio, diz que solos arenosos, com

escassez de argila coloidal, não reagem satisfatoriamente à cal, e que a adição de

cinza volante pode torná-los reativos à esta, substituindo a fração fina do solo,

argila.

Kaniraj e Havanji (1996) relatam que com o aumento do teor de cinza volante

presente na mistura solo - cinza volante - cal hidratada observa-se redução do peso

específico máximo aparente seco e aumento da umidade ótima, para mesma energia

de compactação. Corpos de prova compactados na condição de umidade ótima e

peso específico aparente seco máximo apresentam, para determinada energia de

compactação, aumento da porosidade e do índice de vazios, para teores crescentes

de cinza volante. Na opinião destes estudiosos, isto pode tornar interessante a

utilização de cinza volante para processos de estabilização na construção de aterros,

principalmente sobre solos moles.

A estabilização de solos com a cinza pesada é mais recente e menos usual que

misturas com cinzas volantes. Todavia, recentemente, muitos estudos foram

desenvolvidos com a finalidade de analisar as características e propriedades das

misturas de solo-cinza pesada com ou sem a adição de cal, como por exemplo:

Lopes (2011), Leandro (2005), Farias (2005), Nunes et al. (1996), Schroeder (1994,

apud Farias, 2005), dentre outros.

As cinzas pesadas são, reconhecidamente, materiais com menor atividade

pozolânica que as cinzas volantes. Segundo Dawson et al. (1991, apud Farias, 2005)

o poder cimentante das cinzas de fundo está relacionado com o tipo e quantidade

de carbonatos presentes em sua composição química, sendo que, em virtude dos

baixos porcentuais de óxido de cálcio pode-se esperar limitações no

desenvolvimento de reações autocimentantes. Este fato pode ser interpretado como

uma justificativa para as cinzas pesadas ainda não possuírem grande índice de

reaproveitamento no Brasil e no mundo. Atualmente, a maioria das cinzas de fundo

DBD



produzidas nas usinas termelétricas é depositada nas bacias de decantação,

diferentemente das cinzas volantes, que são vendidas como matéria-prima para

outras indústrias.

Leandro (2005) relata que para o aproveitamento de cinzas de fundo em base

e sub-base de pavimentos, os teores de cinzas, teor da cal, tempo de cura e tipo de

solo são principais fatores influentes nas propriedades das misturas. Este autor

observou que a adição de cinza pesada a solos não lateríticos é mais benéfica do

que em solos lateríticos, além de perceber que o tempo de cura somente teve

influência nos parâmetros de resistência quando com cal.

Farias (2005) seguiu as mesmas diretrizes e concluiu que a estabilização de

solos com a cinza de fundo, aumenta em até 20% a capacidade de suporte do solo

natural com adição da cal. Sugere a utilização da mistura solo-cinza de fundo-cal

para rodovias de baixo volume de tráfego, onde a deformabilidade da estrutura não

é tão importante para o desempenho do pavimento.

Lopes (2011) adicionou cinzas de carvão mineral (volante e de fundo) em

misturas com um solo do Rio de Janeiro e analisou seu comportamento. Analisou

diversos teores de aplicação: para a cinza de fundo 30 e 40%, para a cinza volante

10 e 20% e também análises com 3% de cal adicionado às cinzas.

Concluiu que a adição das cinzas, tanto de fundo como volantes, nos solos

estudados, com e sem a adição de cal, proporcionaram a melhoria em grande parte

das propriedades mecânicas do material, encontrando um teor ótimo de cinza

próximo de 7%, comprovando-se que a utilização das cinzas de carvão mineral em

misturas com solo para aplicação em base de pavimentos é benéfico, não somente

para o Meio Ambiente, como para a Engenharia dos Pavimentos, uma vez que um

solo inapropriado para pavimentação passou para a condição de adequado para tal

finalidade.

2.2.3.4 Solo-Cinza de Resíduo Sólido Urbano

Pesquisas sobre a utilização de cinzas de resíduos sólidos urbanos (RSU) em

mistura com solos são recentes quando comparadas com os demais resíduos

reutilizados como agentes cimentantes, como as cinzas de carvão mineral.

Entretanto, pode-se dizer que foram motivadas pelos mesmos princípios, de

DBD



reaproveitamento de resíduos, busca por materiais de construção não convencionais

e preservação de jazidas de materiais naturais.

Vizcarra (2010) destaca outro motivo pela menor utilização da estabilização

de solos com cinzas de RSU, a quantidade de usinas de RSU ainda é bem menor do

que as que utilizam carvão mineral. Todavia, o comportamento relatado sobre os

seus efeitos e mecanismos de estabilização é comparável aos das cinzas de carvão,

desde que o RSU seja principalmente composto por matéria orgânica.

É importante ressaltar que também são geradas cinzas de fundo nas usinas de

RSU e que têm sido mais utilizadas a cinza volante assim como as de carvão. Nos

Estados Unidos está limitada a alguns trechos de teste, entretanto na Europa, é

utilizada como material para base de rodovias ou aterros há duas décadas. Na

Dinamarca, Alemanha e Holanda mais do que 50% das cinzas de fundo de RSU

produzidas é utilizado como base para rodovias e aterros.

Vizcarra (2010) avaliou o comportamento mecânico de misturas de solo com

RSU buscando a viabilidade técnica de uma mistura dessa finalidade ser utilizada

na construção de base de pavimentos. Concluindo que a adição desse material ao

solo tem uma influência favorável, reduzindo a expansibilidade em até 0,5%

quando adicionado um teor de 40% de cinza ao solo, mostrando-se viável para fins

de pavimentação.

Bons resultados quanto ao comportamento mecânico das cinzas de fundo de

RSU também foram obtidos por Forteza et al. (2004), Izquierdo et al. (2001) e Reis-

Barros (2006). Outra possibilidade para a utilização das cinzas volantes de RSU é

destacada por Ferreira et al. (2003) como material substituto de areia e/ou cimento

para bases e sub-bases de rodovias estabilizadas com cimento.

2.2.3.5 Solo-Betume

A estabilização com solo-betume ocorre quando a um solo qualquer é

acrescentado um ligante asfáltico, conferindo à mistura resultante uma melhora em

seu comportamento mecânico e um efeito impermeabilizante, tornando-a mais

resistente tanto a esforços de tráfego quanto a efeitos de variação de umidade

(Miceli Junior, 2006).

DBD



O ligante asfáltico a ser utilizado depende principalmente do tipo de solo e do

tipo de mistura a ser feita, e sua escolha acompanha a evolução da tecnologia de

produção de ligantes disponível.

Micelli Junior (2006) estudou a estabilização de solos com emulsão asfáltica

através de ensaios de compressão simples, tração direta e modo de resiliência e

obteve resultados satisfatórios. Utilizou três tipos de solos, dois tipos de emulsões,

7 e 28 dias de cura e misturas com teores de 4 e 8% de emulsão.

Verificou que para solos granulares a interação solo-emulsão é benéfica

aumentando a coesão da mistura promovendo uma melhoria de todos os parâmetros

pois forma-se uma espécie de areia-asfalto a frio. Concluiu também que a

estabilização ocorre, assim como no solo-cimento em até sete dias, tempo máximo

necessário de cura.

2.3 Aditivos Orgânicos

2.3.1 Histórico

Segundo Bergmann (1777 apud Brazetti, 1998) no estudo sistemático dos

compostos químicos, pela primeira vez separou-os em duas grandes classes as quais

chamou de compostos orgânicos e compostos inorgânicos, onde compostos

orgânicos eram compostos extraídos dos organismos vivos e compostos

inorgânicos eram os compostos minerais.

Lavouisier, entre 1772 e 1777, verificou que todos os compostos extraídos

dos organismos vivos produziam dióxido de carbono e água como subproduto da

combustão, com isto Lavoisier concluiu que os compostos orgânicos apresentavam

carbono e hidrogênio em sua composição e foi o primeiro a verificar que a grande

maioria dos compostos orgânicos são constituídos de carbono, hidrogênio, oxigênio

e nitrogênio (Brazetti, 1998).

Intensas pesquisas para o desenvolvimento de novas técnicas de estabilização

de solos foram desenvolvidas antes, durante e após a 2ª Grande Guerra, com o

objetivo de atender às necessidades militares e ao progresso e expansão das cidades.

Incentivaram a pesquisa os problemas militares relacionados com tráfego

temporário e emergencial e os programas de expansão rodoviária, que encontraram

DBD



nos solos problemáticos e nos altos custos e escassez dos materiais convencionais,

um empecilho. Muitos produtos químicos foram desenvolvidos, porém uma grande

maioria tinha desvantagens como dificuldades de misturação, sensibilidade ao tipo

de solo, ou alto custo (Davidson e Handy, 1960 apud Brazetti, 1998).

Já o progresso necessitava da expansão da malha rodoviária e das cidades

para o transporte e troca de mercadorias e encontrou na lama, poeira e instabilidade

do solo, um grande problema. Uma solução em termos de novos materiais se

requeria (Kézdi,1979).

Antes do início da 2ª Grande Guerra, utilizava-se para tratar os solos produtos

químicos como o cimento portland, cloreto de cálcio, cloreto de sódio, ligninas,

alcatrões e asfaltos. O cimento era usado para proporcionar resistência e

durabilidade, da mesma forma o betume, porém em menor quantidade. Já os

cloretos e a lignina eram utilizados para atenuar problemas com o pó, lama, e muitas

vezes para controlar a umidade durante a compactação de materiais granulares. O

uso da cal e misturas cal-pozolana, apesar de serem utilizados já desde antes do

Império Romano, era localizado e restrito (Johnson, 1960).

A problemática gerou a formulação de um plano de pesquisa e

subsequentemente um programa intensivo para aplicá-lo. Várias universidades,

instituições de pesquisa, e indústrias químicas foram envolvidas. O plano incluiu

todos os métodos possíveis e com potencial para atingir o objetivo, isto é, tornar os

solos adequados como material de construção rodoviária de baixo custo (Brazetti,

1998).

Em 1950, pesquisadores com base em publicações datadas de 1903, sobre o

uso do açúcar na Índia para melhorar a resistência da cal, e de experimentos

rodoviários em 1910 usando o melaço da cana de açúcar como ligante de solo,

desenvolvem um aditivo estabilizante de solo. Os fundos para a pesquisa

originaram-se da U S Marine Corps, que necessitava desenvolver um processo

rápido de estabilização de areias de praia para propósitos militares. O aditivo

derivava de matérias primas do melaço e carvão que, polimerizadas, geram uma

resina sintética do grupo dos adesivos (Brazetti, 1998).

Em 1954, o FHWA iniciou um programa de estudo da estabilização química

de solos em parceria com a indústria química, com o objetivo de pesquisar aditivos

eficientes. Cerca de dezenove firmas formalizaram o acordo, e outras cooperaram

informalmente. O órgão rodoviário federal americano participou como consultor e

DBD



instrutor, no desenvolvimento dos ensaios adequados à avaliação laboratorial, e

revisão e análise dos resultados dos ensaios realizados pelos próprios cooperantes.

Tanto os órgãos rodoviários estaduais quanto as indústrias químicas estavam

bastante interessados no desenvolvimento de produtos químicos para o tratamento

de solos. O interesse derivou principalmente da grande expansão da rede rodoviária

e da economia gerada com o tratamento de grandes volumes de solos. Com base

nesses estudos, muitos produtos ou métodos de estabilização de solos foram

patenteados (Brazetti, 1998).

2.3.2 Enzimas Patenteadas

De acordo com um dos fabricantes, a enzima é um biocatalizador de

partículas de solos, apresenta-se na forma de um composto orgânico

superconcentrado, formulado para melhorar as propriedades de engenharia de

materiais terrosos como o solo, aumentando a densidade, cimentação entre suas

partículas, resistência à umidade e, consequentemente, conferindo maior

estabilidade e capacidade de sua massa suportar maiores cargas (EMC, 2014).

As enzimas foram concebidas para atuarem como agentes de liberação de

compostos os quais promovem a cimentação e impermeabilização de partículas de

solos, em substituição aos produtos convencionais tais como cal e cimento. Quando

adicionadas com água, no solo, essas enzimas catalisam reações químicas que

geram produtos químicos que se entrosam nas partículas minerais (Figura 2-1),

"emaranhado e soldando" todos os componentes da massa terrosa. Ações

secundárias envolvem a lubrificação das partículas e a diminuição da tensão

superficial da água, permitindo obter-se maiores densidades na compactação,

oferecendo portanto maior resistência a cargas (EMC, 2014).

DBD



Figura 2-1 – Ilustração da reação gerada com a adição de enzima ao solo (EMC, 2014)

Outro fabricante apresenta a seguinte descrição da utilização dos aditivos em

solos: “a enzima tem a capacidade de alterar a matriz do solo, depois da

compactação e o solo perde sua capacidade de reabsorção de água e os benefícios

mecânicos de compactação não são sequer perdidos depois que a água é reaplicada

ao solo compactado. O estabilizador pode ser aplicado como sub-base de

melhoramento antes da pavimentação com asfalto, estradas de terra, mineração,

áreas agrícolas, estradas vicinais, áreas de controle à erosão, ruas e rodovias, pátios

de estacionamento, campos de aviação, áreas de proteção ecológica, parques, trilhas

e caminhos, conserto e vedação de buracos em estradas de terra” (Terrazyme,

2014).

Por se tratar de produtos patenteados, as informações a respeitos da sua

fabricação e ingredientes da sua composição não são divulgadas. Sabe-se que sua

matéria prima é proveniente da cana-de-açúcar, mais precisamente do bagaço da

cana, e que no processo de fabricação há etapas de fermentação para se chegar ao

produto final.

A enzima quando adicionada ao solo atua como um catalizador, acelerando

as reações que iriam demorar muito tempo para acontecer. Essa aceleração é

proveniente dos processos de fermentação ao reagirem com substratos do solo. Esse

substrato é formado principalmente por agentes orgânicos, ou seja, enzimas reagem

muito melhor em solos com um certo teor de matéria orgânica.

DBD



Tratando-se de fermentação, uma parte muito importante do estudo é verificar

as características biológicas das enzimas e das misturas estudadas. Quaisquer que

sejam as condições de se trabalhar com enzimas, devem se tomar um grande

cuidado, pois toda e qualquer modificação de umidade ou temperatura ambiente por

exemplo, podem modificar as condições de reações das enzimas. Até mesmo as

bactérias contidas no ar ou em um simples espirro no momento em que se estão

trabalhando com enzimas, podem alterar o produto e estes podem não apresentar

resultados satisfatórios.

Portanto enzimas são compostos que deve-se ter um cuidado especial ao

manuseá-los, apesar de serem líquidos, são extremamente propensos a alterações

devido ao local de trabalho e aplicação.

2.3.3 Pesquisas Realizadas

As poucas pesquisas encontradas, apresentam resultados da aplicação de

enzimas em laboratório utilizando de ensaios convencionais de solos. Essas não

mostram resultados satisfatórios devido ao fato desses ensaios serem executados

em confinamentos, como é o caso do ISC (Índice de Suporte Califórnia), visto como

um dos principais ensaios para determinar a capacidade de suporte de um solo.

A não eficiência desses resultados, deve-se ao fato da enzima precisar de

superfície livre ao ar para que suas reações ocorram, o que se torna impossível em

um ensaio confinado. Isso explica o porquê dos resultados em campo, ou em pistas

de testes já executadas apresentarem bons desempenhos.

Murphy e Brazetti (2000) aplicaram um aditivo em alguns trechos

experimentais de estradas de terra não pavimentadas na cidade de Curitiba-PR, com

uma camada de 15cm de solo tratado aproximadamente com as recomendações do

fabricante para a dosagem e monitoraram por um período de 165 dias. Os locais

estudados possuíam um nível de tráfego médio de 100 a 200 veículos por dia. Após

as análises concluíram o seguinte:

Houve um aumento do valor de ISC (Índice de Suporte Califórnia);

Aumento da capacidade de suporte de trafego em mais de 15 vezes;

Preserva a integridade estrutural da superfície;

Conserva a seção natural evitando erosões;

Elimina o aparecimento de ondulações;

DBD



Elimina a ocorrência de marcas de pneus;

Entre outras melhorias.

Já Amaral et al. (1998) executaram um trecho experimental no norte do país,

na região amazônica, utilizando o mesmo produto enzimático utilizado por Murphy

e Brazetti (2000) e concluíram que o produto não correspondeu significativamente

às expectativas, afirmando que o maior valor obtido de ISC foi de 28%, não sendo

compatível com o mínimo exigido para base (60% a 40% em regiões onde existia

extrema carência de materiais).

Porém, segundo o mesmo estudo, em um dos trechos executados ocorreu uma

variação percentual significativa de ISC, neste trecho foi utilizada uma

concentração de 2x, portanto, duas vezes mais produto que nos demais trechos

analisados. Mesmo os valores ficando razoavelmente longe dos especificados,

ocorreu uma variação significativa na capacidade de suporte daqueles trechos, fato

este comprovado visualmente no terreno, o qual permaneceu inalterado apesar das

chuvas seguidas de tráfego pesado. Embora este mesmo acréscimo tenha sido

observado no trecho adjacente, executado com o mesmo solo, sem a adição da

enzima.

Portanto, no Brasil, existem relatos positivos da utilização das enzimas em

campo. Os fabricantes enumeram diversas obras utilizadas positivamente, porém

quando os ensaios são realizados em laboratório, os resultados ficam aquém dos

apresentados em campo, não apresentando valores compatíveis quando executados

em ensaios comuns de mecânica dos solos e pavimentação.

2.4 Considerações sobre a Revisão Bibliográfica

Por se tratar de um assunto pouco explorado por pesquisadores do mundo

todo, carecendo de publicações a respeito do tema pesquisado, a revisão

bibliográfica se manteve principalmente na estabilização de solos com outros

materiais que são importantes para se entender esse estudo e em uma breve

descrição a respeitos das enzimas patenteadas a fim de se esclarecer qual o tipo de

produto que está sendo aplicado ao solo para obter o seu melhoramento.

DBD


3 Programa Experimental


O programa experimental de ensaios estabelecido teve por objetivo principal

investigar e identificar o efeito da adição dos aditivos (enzimas) nos solos estudados

através de ensaios no equipamento LWT (Load Wheel Test). Para tal, foi

desenvolvido um programa experimental dividido em três etapas.

Na primeira etapa foram realizados todos os ensaios de caracterização dos

solos estudados.

Na segunda etapa foi realizado estudo das três amostras de solos lateríticos

com as diferentes enzimas provenientes de três empresas distintas, onde todas

foram ensaiadas para três diferentes dosagens de aplicação (1:20, 1:30 e 1:40), além

de ensaios com o solo puro (sem enzima), totalizando 30 variáveis.

Na etapa seguinte, a melhor mistura ensaiada foi submetida a ensaios

adicionais no LWT para diferentes tempos de cura (14, 28, 56 e 90 dias).

Os ensaios do programa experimental desta pesquisa foram realizados nos

Laboratórios de Solos, Microscopia Eletrônica de Varredura e de Difração de

Raios-X do Instituto Militar de Engenharia-IME, bem como nos Laboratórios de

Geotecnia e Meio Ambiente, Estruturas e Materiais e Laboratório de Química da

PUC-Rio.

3.2 Materiais Utilizados

Trabalhou-se com dois tipos de materiais distintos: solos e aditivos (enzimas),

bem como as misturas decorrentes destes materiais com diferentes dosagens.

DBD


Capítulo 3 - Programa Experimental 42

3.2.1 Solos

Os solos estudados são procedentes de uma jazida localizada no bairro Parque

Capivari, no município de Duque de Caxias na região metropolitana da capital do

Estado do Rio de Janeiro (Figura 3-1 e Figura 3-2).

Figura 3-1 - Localização da jazida onde foram retirados os solos do presente estudo

Figura 3-2 - Detalhe da jazida onde foram retirados os solos do presente estudo

Esta jazida foi utilizada para retirada de solos para a construção da Rodovia

Raphael de Almeida Magalhães, conhecida como Arco Metropolitano do Rio de

Janeiro (que pode ser identificado na Figura 3-2), importante obra rodoviária para

DBD



a cidade do Rio de Janeiro com a missão de desviar o intenso tráfego de veículos

que atravessam o município, diminuindo assim os congestionamentos nas

principais vias de acessos à cidade.

Pela jazida ter sido utilizada apenas para a obra do Arco Metropolitano,

justifica-se sua escolha na presente pesquisa, visto que pode-se avaliar o

comportamento de um material que estava justamente sendo utilizado em uma obra

rodoviária.

Foram coletados três diferentes tipos de solo de um mesmo perfil como pode

ser visto nas Figuras (Figura 3-3 e Figura 3-4).

Figura 3-3 - Perfil com os três diferentes solos desta pesquisa (a) solo preto (b) solo amarelo (c) solo vermelho

Figura 3-4 - Solos utilizados no presente estudo (a) solo preto (b) solo amarelo (c) solo vermelho

DBD



Como pode ser observado, os três solos possuem diferentes cores, porém

pertencem a um mesmo perfil geotécnico (Figura 3-3) e serão identificados a seguir

para melhor compreensão do estudo.

O primeiro solo (Figura 3-5) é o mais superficial do perfil, têm uma coloração

escura devido à presença de matéria orgânica. Por conta disso foi chamado ao longo

da pesquisa de Solo Preto.

Figura 3-5 - Solo preto utilizado no presente estudo

O segundo solo (Figura 3-6) é intermediário no perfil, logo a baixo do Solo

Preto, foi chamado de Solo Amarelo por conta da sua coloração.

Figura 3-6 - Solo amarelo utilizado no presente estudo

O terceiro e último solo utilizado no presente estudo (Figura 3-7) é o mais

profundo dos três, como pode ser visto no perfil e devido à sua coloração

avermelhada foi batizado de Solo Vermelho.

DBD



Figura 3-7 - Solo vermelho utilizado no presente estudo

De acordo com a carta de solos (apresentada no Anexo I) da EMPRAPA -

Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecuárias (2003), os solos desta pesquisa

pertencem à classe do latossolo vermelho-amarelo distrófico típico (LVA)

englobando os três tipos de solos estudados.

3.2.2 Enzimas

Os produtos enzimáticos utilizados na presente pesquisa, foram obtidos junto

às empresas que os comercializam no Brasil, são produtos patenteados,

comercializados sob a forma líquida. Foram utilizadas amostras das seguintes

enzimas:

TerraZyme – Optimal Soil Stabilizer – Nature-Plus Inc;

PermaZyme – Pacific Enzymes;

EMC – Earth Materials Catalyst – Soil Stabilization Company.

Para uma melhor identificação, serão utilizadas as siglas TZ, PZ e EMC

respectivamente ao longo do trabalho. Na Figura 3-8 pode se visualizar solução de

3% (a ser explicado na primeira etapa do item 3.3.4.3.1) em volume de água das

três enzimas utilizadas neste estudo.

3.2.3 Água

A água utilizada nos ensaios é proveniente da rede pública de abastecimento

da cidade do Rio de Janeiro. Já nos ensaios de caracterização física de limites de

DBD



Atterberg, análise granulométrica e massa específica real dos grãos, foi utilizada

água destilada, conforme as normas aplicáveis.

Figura 3-8 - Enzimas em solução de 3% (em volume) em água utilizadas no presente estudo

3.2.4 Misturas

As misturas estudadas estão apresentadas na Tabela 3-1 e explicadas a seguir.

Buscou-se avaliar os três tipos de solos com os três tipos de enzimas em três

dosagens diferentes, o que resultou em 30 diferentes misturas.

A justificativa pelo valor da dosagem é pelo fato dos fabricantes estipularem

o valor médio de 1:30 no momento da aplicação, isto é, 1 litro de enzima liquida

para cada 30m³ de solo tratado. Tendo este valor, assumiu-se valores acima e abaixo

para avaliar seu comportamento, resultando em 1:20, 1:30 e 1:40.

DBD



Tabela 3-1 - Misturas solo-enzimas estudadas

Enzima Dosagem

Solo preto

PURO

EMC

1:20

1:30

1:40

PZ

1:20

1:30

1:40

TZ

1:20

1:30

1:40

Solo amarelo

PURO

EMC

1:20

1:30

1:40

PZ

1:20

1:30

1:40

TZ

1:20

1:30

1:40

Solo vermelho

PURO

EMC

1:20

1:30

1:40

PZ

1:20

1:30

1:40

TZ

1:20

1:30

1:40

DBD



Para cada mistura, foram feitos no mínimo 3 corpos de prova, a fim de obter

um valor médio de avaliação.

Os corpos de prova (CPs) possuem tamanho padrão de 380mm x 50mm x

10mm, e serão melhor explicados no item 3.3.4.3 – Ensaio Load Wheel Test

(LWT).

Todos os corpos de prova para todas as misturas foram produzidos idênticos,

ou seja, sob as mesmas condições de temperatura e umidade. Foram executados

também corpos de prova no estado puro, para comparação dos resultados.

Alguns resultados podem ser influenciados pelo ambiente, mesmo tomando

todos os cuidados para que os corpos de prova sejam produzidos idênticos. Isso

ocorre pela enzima ser de origem biológica e possam a vir reagir com outras

bactérias presentes no ar, por exemplo.

Essa influência pode ser até do próprio equipamento, ferramentas ou

acessórios utilizados, pois estes não foram esterilizados para a fabricação de cada

corpo de prova, podendo ficar resquícios microscópicos e influenciar em outros

resultados.

3.3 Ensaios Realizados

3.3.1 Coleta e Preparação das Amostras

As amostras de solo foram coletadas com auxílio de ferramentas de mão para

escavação, transportadas e armazenadas em sacos plásticos devidamente vedados,

com todos os cuidados necessários, a fim de evitar a contaminação do solo e grandes

alterações de umidade.

A preparação do solo para os ensaios envolveu procedimentos como a

secagem em estufa a 60°C, para obtenção de maior homogeneidade em toda a

amostra, destorroamento, peneiramento e determinação da umidade higroscópica,

tais como estabelecidos pela NBR 6457/1986 (ABNT, 1986) e permaneceram

acondicionadas no Laboratório de Solo do IME ao longo de toda a pesquisa.

DBD



3.3.2 Ensaios Físicos

Os ensaios de caracterização física dos solos envolveram os ensaios de análise

granulométrica, densidade específica dos grãos, limites de Atterberg e

determinação do teor de umidade natural. Como citado, os ensaios de caracterização

foram executados no Laboratório de Solos do IME e seguiram os métodos

estabelecidos pelas seguintes normas:

NBR 6457/1986 – Amostras de Solo. Preparação para Ensaios de

Compactação e Ensaios de Caracterização;

NBR 7181/1984 – Solo – Análise Granulométrica;

NBR 6508/1984 – Solo – Determinação da Massa Específica dos Grãos;

NBR 6459/1984 – Solo – Determinação do Limite de Liquidez;

NBR 7180/1984 – Solo – Determinação do Limite de Plasticidade.

3.3.2.1 Análise Granulométrica

Os ensaios de análise granulométrica, para os três tipos de solos, foram

realizados considerando os procedimentos da NBR 7181/1984 (ABNT, 1984).

Tendo em vista que os materiais analisados são constituídos tanto por fração

grossa, quanto fina, a análise granulométrica foi feita por granulometria conjunta,

englobando as etapas de peneiramento e sedimentação, nesta última, tendo sido

utilizado o defloculante hexametafosfato de sódio.

O ensaio de sedimentação foi executado com 50g de solo passante na peneira

0,42mm (#40) colocado em 125ml de defloculante (hexametafosfato de sódio).

Esse material ficou em repouso por 24 horas e então foi submetido à dispersão

mecânica. Em seguida foi colocado em uma proveta de 1000ml onde o restante do

volume foi completado com água destilada para então serem realizadas as devidas

leituras. Após as leituras o material foi colocado na peneira 0,075mm (#200) e

submetido ao processo de lavagem com movimentos circulares e suaves. Por

último, foi levado à estufa para secagem e pesagem.

DBD



3.3.2.2 Massa Especifica dos Grãos

Para a determinação da massa especifica dos grãos foi realizado o ensaio

segundo a NBR 6508/1984 – Massa especifica real dos grãos, utilizando amostras

deformadas do solo.

Depois dos procedimentos para a preparação das amostras, como a secagem

em estufa a 60ºC, foi separado 10g de material para a realização do ensaio.

Inicialmente, foram obtidos dois pesos, o picnômetro vazio (P1) e o picnômetro

com a amostra em seu interior (P2), em “banho maria” visando expulsar todas as

bolhas de ar e posteriormente resfriado à temperatura ambiente. O picnômetro foi

cuidadosamente preenchido com água destilada e fechado, obtendo-se o terceiro

peso, picnômetro com a amostra e água (P3). Em seguida, todo o material foi

retirado do interior do equipamento, que foi lavado e a seguir enche-se o picnômetro

completamente com água destilada, para, enfim, obter-se o último peso (P4). A

partir destas medidas, foi possível determinar a massa especifica dos grãos, como

demonstrado pelas equações a seguir (Equação 3-1 e 3-2):

Dt = P2−P1

(P4−P1)−(P3−P2) (3-1)

Gs = Dt x 𝑘24 (3-2)

Onde: Dt: Densidade real dos grãos a temperatura

k24: razão entre a densidade relativa da água a temperatura t e a

20°C, tabelada na norma.

Gs: Massa específica real dos grãos

3.3.2.3 Limites de Atterberg

Os ensaios para determinação dos limites de liquidez (LL) e de plasticidade

(LP), foram realizados conforme as normas brasileiras NBR 6459/1984 e NBR

7180/1984 (ABNT, 1984).

Através dos resultados obtidos destes ensaios, pode ser determinado o Índice

de Plasticidade (IP) dos materiais, conforme a Equação 3-3:

IP = LL − LP (3-3)

DBD



3.3.2.4 Ensaio M.C.T. (Miniatura Compactada Tropical)

A metodologia MCT foi desenvolvida por Nogami e Villibor nos anos 1980

e 1981, com o objetivo de classificação de solos tropicais e principalmente

diferenciar se o solo tem comportamento laterítico ou não-laterítico.

Para o ensaio de MCT o material tem que ser integralmente passante na

peneira 10 (2,0 mm) ou apresentar uma fração retida nesta peneira que não seja

significativa (<10%).

A Metodologia de Classificação MCT, baseada em propriedades mecânicas e

hidráulicas obtidas em corpos de prova compactados em dimensões reduzidas foi

desenvolvida especialmente para os solos finos tropicais e teve sua normalização

regulamentada em 1994, pelo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

(DNER, 1994).

A Metodologia MCT utiliza corpos de prova miniatura, compactados

mediante procedimento especial. Para a obtenção de dados visando especificamente

a classificação MCT de um solo utilizam-se dois dos ensaios da metodologia: o

ensaio de Compactação e o ensaio de Perda de Massa por Imersão, que apresentam

as características descritas a seguir (conforme ABPv, 2009):

1. Ensaio de Compactação:

Da amostra seca ao ar e passada na peneira de 2 mm separam-se pelo menos

5 porções colocando-as em diferentes umidades. Toma-se uma porção com

determinada umidade (H1) e pesam-se 200g, introduzindo-a no molde que

deve ser devidamente posicionado no equipamento de compactação, sendo

utilizado junto do cilindro de compactação um espaçador. Dá-se o primeiro

golpe (n=1) e mede-se a altura A1. Retira-se o espaçador e repetem-se as

operações de medida de altura após o primeiro golpe, para n=2, 3, 4, 6, 8,

12, 16, ..., n, ...4n, sendo finalizada a compactação quando:

A diferença de altura entre leituras sucessivas for menor que 0,1 mm

(em relação à primeira condição para finalização da compactação, a

norma DNER-ME 258/94 (DNER, 1994) diz que se deve interromper

a compactação quando a diferença entre leituras a4n - na, for menor

que 2,0 mm);

4n golpes atingir 256 golpes;

DBD



Houver nítida expulsão de água no CP.

Repetem-se as operações para os outros teores de umidade, H2, H3, H4,

e assim sucessivamente.

São obtidos então 2 coeficientes (c’e d’), descritos a seguir (ABPV,

2009):

Curva de Deformabilidade (Mini-MCV) – Coeficiente c’:

Para cada teor de umidade traça-se a curva nx (a4n – na) (número de

golpes x diferença de altura) em escala monolog (log10) para n. Estas

curvas de deformabilidade são denominadas curvas Mini-MCV, porque a

partir delas pode-se determinar o valor da condição de umidade, tomando-

se a curva correspondente a um determinado teor de umidade e

procurando-se sua interseção com a reta de equação a=2mm, que foi

adotada como referência para os CP da metodologia, determinando assim

o valor de golpes Bi correspondente. Define-se Mini MCV para cada teor

de umidade pela expressão:

Mini MCV = 10 x Log10 (Bi) (3-4)

O coeficiente c’ é o coeficiente angular (sem sinal) da reta “assimilável” à

curva Mini MCV igual a 10, a ser obtida diretamente ou por interpolação gráfica

apropriada, visto que raramente se obtém uma com Mini-MCV igual a 10. Segundo

Nogami e Villibor (1995) o coeficiente c’ relaciona-se aproximadamente com a

granulometria, de acordo com a

Tabela 3-2.

Tabela 3-2 - Valores tipicos de c' para diferentes granulometrias de solos (Nogami e Villibor, 1995)

Tipo de Solo Coeficiente c’

Argilas e Solos Argilosos Acima de 1,5 – Elevado

Solo de várias Granulometrias como

Areia Argilosa, Argila Siltosa, etc 1,5 > c’ > 1,0

Areia e Siltes não Plásticos ou Pouco

Coesivos Abaixo de 1,0 - Baixo

DBD



Curva de Compactação – Coeficiente d’:

Calculadas as massas específicas aparentes secas (MEAS), traça-se a

família de curvas de compactação. O coeficiente d’ é definido como a

inclinação da parte retilínea do ramo seco da curva de compactação

correspondente expresso em %. Valores típicos de d’ estão apresentados

na Tabela 3-3.

Tabela 3-3 - Valores tipicos de d' para diferentes granulometrias de solos (Nogami e Villibor, 1995)

Tipo de Solo Coeficiente d’

Argilas Lateriticas Geralmente d’>20

Argilas não Lateriticas Frequentemente possuem valores d’<10

Areias Puras d’ baixo

Areias Finas Argilosas d’ muito elevado (pode ultrapassar 100)

Siltosos, Micáceos e/ou

Cauliniticos d’ muito pequeno, frequentemente d’<5

2. Ensaio de Perda de Massa por Imersão em Água (ABPv, 2009):

O ensaio de perda de massa por imersão foi desenvolvido com o objetivo

específico de distinguir o comportamento laterítico do não laterítico, quando

os mesmos possuem características similares no que se relaciona a:

Inclinação do ramo seco da curva de compactação Mini-MCV,

correspondente a 12 golpes, soquete leve (coeficiente d’);

Inclinação da curva Mini-MCV (ou de deformabilidade),

correspondente a condições padronizadas.

Para determinação do valor de perda de massa por imersão são utilizados os

corpos de prova compactados segundo o procedimento Mini-MCV. Os CPs

são parcialmente extraídos dos moldes de compactação, de maneira que

fiquem com saliência de 10mm, e imersos em uma cuba preenchida com

água, anotando-se o comportamento nas primeiras horas.

Após pelo menos 20 horas esgota-se a água e secam-se as cápsulas que

contêm a parte desagregada para pesagem. Obtém-se o “Pi”, expresso pela

DBD



massa seca em percentagem da massa seca da parte do corpo de prova

inicialmente saliente, para cada teor de umidade.

O fator de desprendimento é dado da seguinte forma:

Desprendimento do solo em bloco coeso – 0,5 (diminui o efeito da

perda de massa);

Não desprendimento de solo – zero;

Solo desprender esfarelado – 1,0.

O “Pi considerado” é o valor de “Pi” multiplicado pelo valor de

desprendimento.

O valor de “Pi” a ser usado para fins classificatórios é obtido por

interpolação gráfica, traçando-se a curva de variação das percentagens

acima obtidas, “Pi considerado” x Mini MCV, procurando-se o valor

correspondente a Mini MCV 10 ou 15, conforme se trate de solo de baixa

ou elevada massa especifica aparente, conceito fixado de acordo com o

seguinte: considera-se baixa MEAS quando a altura final do corpo de prova

para Mini-MCV igual a 10 for igual ou maior que 48 mm e elevada MEAS

quando não se obtiver a condição anterior.” A Figura 3-9 apresenta a perda

por imersão de um dos solos estudados.

(a)

(b)

Figura 3-9 - Perda de massa por imersão do solo vermelho do presente estudo

3. Classificação Geotécnica MCT:

A classificação geotécnica MCT baseia-se na determinação de algumas

propriedades mecânicas e hidráulicas cm CPs de 50 mm de diâmetro.

DBD



Nessas condições, é apropriada apenas para solos de granulação fina, que

passam integralmente na peneira de 2,0 mm ou que têm uma percentagem

desprezível retida nesta peneira, ou que a sua influência nas propriedades

do solo possa ser avaliada para que os resultados obtidos sejam devidamente

corrigidos (Nogami e Villibor, 1995).

Os ensaios e dados a serem obtidos, em resumo, são:

a) Ensaio de compactação – Procedimento Mini-MCV

Coeficiente c’;

Curva Mini-MCV x Teor de Umidade (h);

Coeficiente d’.

b) Ensaio de Perda de massa por imersão

Perda de massa “Pi”, correspondente a Mini-MCV 10 (MEAS

baixa) ou Mini-MCV 15 (MEAS alta);

Curva “Pi” x Mini MCV, que pode ser necessária como critério

auxiliar de decisão.

c) Cálculo do índice e’ pelo emprego da expressão

e′ = √(Pi

100+

20

𝑑′) (3-5)

Onde:

d’ = coeficiente angular do ramo seco da curva de compactação referente a

energia de 12 golpes no ensaio Mini-MCV;

Pi = perda por imersão (em %).

A determinação do grupo classificatório se dá a partir do gráfico em que se tem

no eixo das abscissas, o coeficiente c’ e no eixo das ordenadas, o coeficiente e’.

Este gráfico será mostrado no capitulo 4. O grupo é obtido diretamente no

gráfico, exceto quando o ponto cai sobre uma das proximidades dos limites

“L/N” (comportamento laterítico/não-laterítico), prevalecendo o seguinte

critério (ABPv, 2009):

Será considerado “L” quando o Pi decrescer tendendo a zero, no

intervalo Mini-MCV de 10 a 20 e a curva Mini-MCV = f(h) apresentam

concavidade para cima no intervalo Mini-MCV de 1 a 15;

DBD



Será “N” quando o Pi variar de maneira diferente e a referida curva

apresentar-se sensivelmente retilínea ou com concavidade para baixo;

Será considerado transicional, representado por símbolo duplo dos

grupos adjacentes quando as condições não correspondem às acima

especificadas; • Ponto cai longe dos limites porém não satisfaz as

condições descritas para a identificação do comportamento “L” ou “N”.

A interpretação dos grupos da classificação pode ficar prejudicada.

3.3.3 Ensaios Químicos

Os ensaios químicos realizados consistiram na determinação da matéria

orgânica dos solos estudados, da composição química dos solos e da composição

química das melhores misturas encontradas nos ensaios mecânicos.

Estes ensaios foram feitos no Laboratório de Solos do IME e no Laboratório

de Química da PUC-Rio e seguiram os métodos estabelecidos pela seguinte norma:

NBR 13.600/1996 - Determinação do teor de Matéria Orgânica por

Queima à 440°C.

3.3.3.1 Teor de Matéria Orgânica

Inicialmente, pequena quantidade de cada um dos solos foi depositada em um

cadinho de massa conhecida e verificada a massa do conjunto (cadinho + mistura +

água + matéria orgânica). Em seguida, este conjunto foi colocado em estufa, com

temperatura entre 105 e 110°C, para a retirada da umidade, por 24 horas. Após este

período, o conjunto (cadinho + mistura + matéria orgânica) teve a massa

novamente, verificada. E, finalmente, o material foi submetido à temperatura de

440°C, por um período de 12 horas, na mufla, para queima total da matéria orgânica.

Posteriormente, a massa da situação final do conjunto (cadinho+mistura) é

verificada e, então, a partir da Equação 3-6, o teor de matéria orgânica pode ser

determinado:

MO = (1 − 𝐵

𝐴) x 100 (3-6)

Onde:

DBD



MO: Teor de matéria orgânica (%)

A: massa da amostra seca em estufa, à temperatura de 105 a 110°C (g)

B: massa da amostra queimada em mufla, à temperatura de 440°C (g)

3.3.3.2 Composição Química

Os ensaios de composição química foram realizados junto ao departamento

de Engenharia Química da PUC-Rio, mediante a técnica de espectrometria de

fluorescência de Raios-X por Energia Dispersiva (EDX). O EDX é um instrumento

que determina qualitativa e semi-quantitativamente os elementos presentes em uma

determinada amostra. Isto é possível através da aplicação de raios-X na superfície

da amostra e a posterior análise dos fluorescentes raios-X emitidos. É uma técnica

não-destrutiva para todos os tipos de amostras, incluindo sólidos, líquidos ou pós,

sendo por esta razão interessante para a caracterização dos materiais.

Foram realizados ensaios nos três solos no estado puro e nas melhores

amostras encontradas após a realização dos ensaios mecânicos.

3.3.4 Ensaios Mecânicos

Os ensaios mecânicos realizados foram os seguintes: ensaios de compactação,

índice de suporte Califórnia (ISC), compressão simples e LWT (Load Wheel Test).

Foram adotados os procedimentos das seguintes normas para a execução destes

ensaios, algumas porém, foram apenas baseadas, pois o ensaio foi modificado para

o plano de trabalho proposto:

NBR 7182/1986 – Ensaio de Compactação;

NBR 9895/1987 - Índice de Suporte Califórnia - Método de ensaio;

DNER-ME 201/94 – IPR - Solo-cimento - compressão axial de corpos-

de-prova cilíndricos (Adaptado para solo-enzima).

NBR 14841/2002: Microrrevestimentos a frio - Determinação de excesso

de asfalto e adesão de areia pela máquina LWT (Adaptado para solo-

enzima).

Todos os ensaios foram realizados nos laboratórios do Instituto Militar de

Engenharia-IME.

DBD



3.3.4.1 Ensaio de Compactação

Os ensaios de compactação, para os três solos, foram realizados de acordo

com as diretrizes da NBR 7182/1986 (ABNT, 1986), utilizando-se a energia de

compactação Proctor Modificada com reuso de material.

Após secar o material ao ar até se obter um teor suficientemente baixo de

umidade para destorroá-lo, segundo a norma NBR 6457/86 (preparação com

secagem prévia até a umidade higroscópica). Adicionou-se uma determinada

quantidade de água ao material, até que este ficou com cerca de 5% de umidade

abaixo da umidade ótima, que pode ser estimada à priori pelo conhecimento do

limite de plasticidade, cujo valor pode ser próximo à umidade ótima.

Homogeneizou-se bem a mistura e deixou-se na câmara úmida por um tempo de 24

horas.

Retirou-se a amostra da câmara úmida e colou-se uma porção dela dentro do

molde cilíndrico. Aplicou-se 26 golpes com um soquete. A porção do solo

compactado deve ocupar cerca de um quinto da altura total do molde. O material é

escarificado para conseguir uma melhor aderência entre as camadas. A segunda

camada é colocada e o procedimento é repetido. Quando se completam cinco

camadas, atinge-se uma altura maior do que a do molde. Isto é possível porque o

molde possui um colarinho, que é removido ao final do ensaio, e permite então,

retirar o excesso e acertar o volume em relação à altura do molde. O cilindro é

pesado junto com o solo. Assim, com o peso total do corpo de prova e o volume é

possível calcular a sua massa específica úmida. Tirando três amostras do seu

interior (na parte média), determina-se sua umidade. Com estes dois índices físicos,

calcula-se a massa específica seca.

Outro corpo de prova é preparado, com uma quantidade maior de água (para

aumentar a sua umidade em uns 2% aproximadamente). Uma nova compactação é

feita e um novo par de valores umidade (w) e massa específica seca (γd) é obtido.

O procedimento se repete até que a densidade seca máxima obtida nos ensaios

prévios reduza duas ou três vezes.

Com todos os pontos obtidos, plota-se um gráfico de massa específica seca

versus umidade, e com eles, desenha-se a curva de compactação.

DBD



Os valores de wótm e γdmáx da curva de compactação foram usados para moldar

os corpos de prova para os ensaios de índice de suporte california, e dos ensaios no

LWT.

3.3.4.2 Índice de Suporte Califórnia

O Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR - California Bearing Ratio), é a

relação, em percentagem, entre a pressão exercida por um pistão de diâmetro

padronizado necessária à penetração no solo até determinado ponto (0,1”e 0,2”) e

a pressão necessária para que o mesmo pistão penetre a mesma quantidade em solo-

padrão de brita graduada. Os ensaios foram feitos com o reuso de material.

As etapas do ensaio são: compactação, imersão em água, medida da expansão

e da resistência à penetração após 96 horas. Através do ensaio de CBR é possível

conhecer qual será a expansão de um solo sob um pavimento quando este estiver

saturado, e fornece indicações, de caráter empírico, da perda de resistência do solo

com a saturação.

O Ensaio consta de duas etapas, segundo o procedimento a seguir conforme

NBR 9895 (ABNT, 1987):

1. Expansão:

Coloca-se o disco espaçador no cilindro de diâmetro = 152 mm; altura total

= 177,8 mm, cobrindo-o com papel filtro;

Compacta-se o corpo de prova à umidade ótima e energia modificada,

invertendo-se o cilindro, substitui-se o disco espaçador pelo prato perfurado

com haste de expansão e pesos, colocando papel-filtro entre o prato e o solo.

Esse peso ou sobrecarga corresponderá ao do pavimento;

Imerge-se o cilindro com o corpo de prova e sobrecarga no tanque durante

96 horas, de tal forma que a água banhe o material tanto pelo topo quanto

pela base;

Realizam-se leituras de deformação (expansão ou recalque) com

aproximação de 0,01mm. à cada 24h.

DBD



2. Penetração:

Instala-se o conjunto, molde cilíndrico com corpo de prova e sobrecarga, na

prensa;

Assenta-se o pistão da prensa na superfície do topo do corpo de prova,

zerando-se em seguida os extensômetros;

Aplica-se o carregamento com velocidade de 1,27 mm/min, anotando-se a

carga e a penetração a cada 30 segundos até decorridos o tempo de 10

minutos.

Com os pares de valores da fase de penetração, traça-se o gráfico que

relaciona a carga, em ordenadas, às penetrações, nas abscissas. Do gráfico obtém-

se, por interpolação, as cargas associadas às penetrações de 2,5 e 5,0mm, as quais

serão convertidas a valores de pressão, dividindo-as pela área do pistão. O CBR se

obtém mediante a Equação 3-7:

ISC = (pressão calculada no ensaio

pressão padrão) 𝑥 100 (3-7)

O resultado final para o CBR determinado será o maior dos dois valores

encontrados correspondentes às penetrações de 2,5 e 5,0mm.

3.3.4.3 Ensaio Load Wheel Test (LWT)

O LWT (Figura 3-10) é um simulador de trafego, que simula em laboratório

o esforço de tráfego em amostras ou corpos de prova de microrevestimentos

asfálticos. Com essa ação pode-se determinar deformações e estabelecer o limite

máximo do teor de asfalto da mistura objetivando-se minimizar deslocamentos

laterais e verticais. O ensaio prescrito pela NBR 14841/2002 verifica o excesso na

quantidade de asfalto via o uso de areia, a qual penetra e adere ao corpo de prova

forçada pelo vai e vem da carga padrão sobreposta à roda. A massa de areia aderida

é então quantificada e correlacionada com o teor de asfalto.

O sistema mecânico do LWT possui os ciclos controlados, garantindo um

ensaio uniforme e preciso nas condições em que os corpos de prova são submetidos

na simulação de tráfego. O equipamento tem uma massa de aproximadamente 96

kg e dimensões em torno de 410 x 430 x 1430 mm (largura x altura x comprimento).

DBD



Figura 3-10 - Equipamento LWT - detalhes. A - Controlador digital (liga/desliga, reseta, exibe ciclos no visor, etc.); B - Motor elétrico; C - Caixa redutora de rotação com uma chave contadora dos ciclos; D - Braço rotativo; E - Braço horizontal; F - Roda de tráfego; G - Local para acomodar a carga (56 kg max); H - Alavanca para levantar o braço e a carga; I - Local de posicionamento (pista) do corpo de prova e os grampos que seguram seu suporte; J - Cabo elétrico do motor e da chave contadora de ciclos; K - Espaço da pista (30 cm) percorrido pela roda (Brazetti et al, 2013).

O sistema mecânico do LWT é composto de um motor elétrico (B) acoplado

a uma caixa redutora de rotação (C) de onde parte um eixo onde está fixado um

braço rotativo (D) que por sua vez impulsiona outro braço horizontal (E) que se

apoia em uma roda (F). Cada ciclo que o braço rotativo completa, que equivale a

um vai e vem de duas passadas de aproximadamente 30 cm cada (K) da roda padrão

(3,0 pol x 1,0 pol) na amostra, demora cerca de 0,73 segundos, ou seja, temos 44

ciclos ou 88 passadas por minuto atingindo 5.280 passadas por hora, tudo registrado

pela controladora digital (A). Esse tipo de equipamento simula o trânsito de cerca

de um milhão de veículos em menos de 25 minutos quando carregado com a carga

máxima preconizada de 56 kg (Brazetti et al, 2013).

O simulador de tráfego LWT foi concebido para estudos de micro-

revestimentos asfálticos, porém, adaptou-se o equipamento para o estudo de corpos

de prova de solos a fim de se verificar o efeito dos aditivos no desempenho das

propriedades de uma massa de solo compactado e sujeita à ação das cargas geradas

pelo equipamento, simulando assim o tráfego de veículos.

Desta forma, o ensaio efetuado com materiais asfálticos através do LWT pode

ser facilmente adaptado, consistindo basicamente na substituição do material

DBD



preconizado pelo solo tratado com enzimas e submetido à ação do movimento de

vai e vem da roda padrão sob condições de carga e de número de ciclos fixados,

simulando o que ocorre em campo e fornecendo condições de avaliar o desempenho

de solos tratados.

Toda a metodologia de adaptação do equipamento e criação de novas

ferramentas que permitiram avaliar o comportamento de solos tratados com aditivos

foi proposta por Brazetti et al (2013) e será detalhado a seguir.

3.3.4.3.1 LWT - Procedimento para Preparação dos Corpos de Prova e Ruptura (Adaptado para Solos)

O procedimento a seguir descreve detalhadamente o processo para a produção

e ruptura de um corpo de prova de solo utilizando o simulador de tráfego LWT.

O procedimento é dividido nas seguintes etapas:

Etapa 1: Preparo da Amostra;

Etapa 2: Compactação;

Etapa 3: Cura;

Etapa 4: Ruptura.

Etapa 1: Preparo da Amostra

Para esta etapa serão utilizados os materiais e ferramentas apresentados na

Figura 3-11.

1. Becker;

2. Potes plásticos para acondicionar as amostras;

3. Bacia de alumínio;

4. Enzimas;

5. Concha;

6. Espátula;

7. Seringa com escala em mililitros (ml).

DBD



Figura 3-11 - Materiais e ferramentas utilizados no preparo da amostra para o corpo de prova – etapa 1

Após a coleta de solos (Figura 3-12a) em campo e todo procedimento de

preparo de amostras conforme NBR 6457/1986 (ANBT, 1986), o solo é passado na

peneira 2mm (Figura 3-12b). Utilizando a concha e a bacia de alumínio, pesa-se

(Figura 3-12c) quantidade necessária para a fabricação dos corpos de prova,

levando em seguida para estuda a 60ºC por 24h (Figura 3-12d)

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 3-12 - Preparo da amostra de solo para corpos de prova

DBD



Após 24h, deve ser medido a umidade higroscópica da amostra, podendo

assim calcular a quantidade de água a ser adicionada para a compactação. A

quantidade de água a ser adicionada dependerá da umidade ótima do solo, que deve

ser conhecida anteriormente através de ensaios de compactação.

A enzima será misturada com a água da umidade ótima, misturando-as e

aplicando na amostra. Para a adição da enzima (Figura 3-13) deverá ser feito uma

solução de 3% em água utilizando uma seringa ou similar com escala de mililitros

(ml) (Figura 3-13a). Essa solução deve ser feita devido ao fato da quantidade de

enzima ser muito reduzida, na proporção de 1 litro de enzima para 30m³ de solo,

conforme fabricantes, e para a presente pesquisa adotou-se também dosagens de

1:20 e 1:40 (Figura 3-13b).

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 3-13 - Preparo da solução com a enzima

Após feita a solução (Figura 3-13b), adiciona-se quantidade necessária desta

solução em um Becker (Figura 3-13c) e completa-se com água até atingir o valor

necessário para umedecer o solo na umidade ótima (Figura 3-13d). Essa quantidade

deve obedecer ao número de corpos de prova que serão executados.

DBD



Retirado o solo da estufa, segue-se com a etapa de adicionar a água ao solo

(Figura 3-14). Umedece-se o solo com a mistura água-enzima (Figura 3-13a) e

mistura-se com a ajuda de uma espátula, de modo que todos os grãos sejam

umedecidos aparentando boa homogeneização (Figura 3-13b).

Acondiciona-se o solo-enzima em potes plásticos, cada um com quantidade

suficiente para produzir um corpo de prova (Figura 3-13c e Figura 3-13d) e leva-se

os potes fechados para a câmara úmida por 24h para que haja uma melhor

homogeneização da mistura e manter a umidade do solo.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 3-14 - Mistura do solo com água-enzima

Etapa 2: Parte 1 – Compactação Manual

Para esta etapa serão utilizados os materiais e ferramentas, apresentados na

Figura 3-15 e descritos na Tabela 3-4.

DBD



Tabela 3-4 - Equipamento e ferramentas utilizados no preparo da amostra - etapa 2-parte 1

1. Potes com solos acondicionados

após 24h na câmara úmida

7. Caixa de Aço para Montagem do

Corpo de Prova

2. Funil Plástico 8. Espaçador de aço (10mm)

3. Espátula 9. Fundo de regularização de aço

4. Concha 10. Moldes

5. Espaçador de Madeira 11. Chave de boca

6. Fixadores 12. Batedor de Bife (simula rolo pé de

carneiro

Figura 3-15 - Equipamento e ferramentas utilizados no preparo da amostra - etapa 2 - parte 1

Para a montagem da caixa que servirá como molde para o corpo de prova,

prepara-se a caixa de aço (Figura 3-16a), coloca-se o fundo de regularização devido

a caixa ser curva nas suas bordas internas (Figura 3-16b). Coloca-se o primeiro

espaçador de aço (Figura 3-16c) e logo após o espaçador de madeira no fundo

(Figura 3-16d).

O espaçador de madeira tem o objetivo de delimitar a espessura final do corpo

de prova, pois quanto maior for sua espessura, menor ficará a altura interna e menor

será a espessura final do corpo de prova. Portando em casos de optar em fazer

corpos de prova mais resistentes, consequentemente mais espessos, deve-se colocar

um espaçador de madeira com uma espessura cada vez menor.

DBD



(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

Figura 3-16- Preparação do molde para preparação do corpo de prova

Após o espaçador de madeiras, coloca-se o segundo molde de aço sobre o

primeiro (Figura 3-16e), prende-se as laterais com os fixadores (Figura 3-16f) e

DBD



com as porcas-borboletas (Figura 3-16g), apertando-as bem para evitar que os

espaçadores se abram durante a compactação.

A fim de se evitar que o solo grude no fundo da caixa (no espaçador de

madeira) coloca-se um papel filtro ou filme plástico para evitar tal dado no

momento da desforma (Figura 3-16h).

Coloca-se o espaçador vertical (Figura 3-17a) e aperta-se a porca externa com

a chave de boca (Figura 3-17b). Esse espaçador impede que a caixa abra no

momento de aplicar a carga vertical para compactação (Figura 3-17c).

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 3-17 - Preparação do molde para preparação do corpo de prova (continuação)

DBD



Para evitar perda de solo, coloca-se o funil de plástico (Figura 3-17d) e

separa-se a amostra que será compactada (Figura 3-17e).

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

Figura 3-18 - Preparação do corpo de prova - compactação manual

DBD



Com o funil colocado, espalha-se dentro do molde de maneira uniforme,

aproximadamente 1/3 da amostra (Figura 3-18a), formando assim a primeira

camada. Em seguida compactar utilizando o batedor de bifes que simula a condição

do rolo pé-de-carneiro em campo (Figura 3-18b). Coloca-se o funil novamente,

espalha-se a segunda camada (Figura 3-18c) e compacta-se com o batedor de bifes

(Figura 3-18d).

Repete-se o processo para a terceira e última camada (Figura 3-18e), porém,

com a parte lisa do batedor de bifes compacta-se ao final para deixar a superfície

lisa (Figura 3-18f).

Coloca-se novamente outro papel filme para que o solo não grude no

espaçador (Figura 3-18g) e por fim sobre o papel filme adiciona o espaçador de

10mm de aço (Figura 3-18h) finalizando a etapa de compactação manual.

Etapa 2: Parte 2 – Compactação com a Prensa

Para esta etapa serão utilizados os seguintes materiais e ferramentas

apresentados na Figura 3-19.

1. Caixa de aço com solo compactado manualmente conforme Etapa 2 –

Parte 1.

2. Espaçador de alumínio para compactação;

3. Espaçadores de aço;

4. Base de aço para prensa de compactação;

5. Extrator do corpo de prova;

6. Prensa Manual de 15 toneladas.

(a)

(b)

Figura 3-19 - Ferramentas e equipamento utilizados no preparo da amostra - etapa 2-parte 2

DBD



Na prensa de compactação (Figura 3-20a), coloca-se duas peças da base

(Figura 3-20b) e os espaçadores de aço (Figura 3-20c). Sobre um dos espaçadores,

coloque a caixa de montagem com o solo a ser compactado (Figura 3-20d) e o outro

espaçador é colocado sobre a caixa. Ficará um espaço entre o espaçador e a caixa,

esse espaço terá que sumir após aplicada a carga de compactação (Figura 3-20e).

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 3-20 - Compactação do corpo de prova na prensa

Coloca-se o espaçador de alumínio sobre a caixa e o espaçador (Figura

3-21a), com o manômetro zerado (Figura 3-21b), aplica-se uma carga entre 10 e 12

toneladas (Figura 3-21c).

A carga aplicada (Figura 3-21d) fará pressão distribuída uniformemente

(Figura 3-21e) sobre o corpo de prova que estará dentro da caixa de montagem,

fazendo com que este fique bem compactado.

Libera-se a prensa e retira-se a caixa de aço para iniciar o processo de extração

do corpo de prova (Figura 3-21f).

DBD



(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 3-21 - Compactação do corpo de prova na prensa (continuação)

Após finalizada a compactação na prensa, retira-se toda a caixa e solta-se a

porca lateral com a chave de boca (Figura 3-22a) e os fixadores laterais (porcas

borboletas) (Figura 3-22b). Retira-se o primeiro molde de cima, após o papel filtro

(filme plástico) (Figura 3-22c) e por fim o espaçador.

O resultado será o corpo de prova compactado dentro do molde (Figura

3-22d). Para extrai-lo, precisa-se de um extrator de madeira (Figura 3-22e) que será

utilizado juntamente com a prensa

DBD



(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 3-22 - Extração do corpo de prova do molde

O extrator de madeira é colocado na base sob o molde e corpo de prova

(Figura 3-23a). Acima do molde é colocado um espaçador de aço, assim que

aplicada a carga fará com que o molde desça e o corpo de prova fique no lugar

(Figura 3-23b). Uma pequena carga é aplicada na prensa, fazendo com que o molde

desça (Figura 3-23c), ficando apenas o corpo de prova sobre o extrator de madeira

(Figura 3-23d). Por fim, tem-se o corpo de prova intacto extraído do interior do

molde (Figura 3-23e).

DBD



(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 3-23 - Extração do corpo de prova (continuação)

Etapa 3: Cura

A cura é o procedimento mais simples de todo o ensaio, após a compactação

o corpo de prova é colocado sobre uma grade de acrílico, que permite o ar circular

livremente acima e abaixo do corpo de prova (Figura 3-24). É colocado um

espaçador sob a grade para permitir um melhor escoamento do ar. O período de

cura é de sete dias ao ar livre à temperatura ambiente, porém para a presente

pesquisa também foram estudados tempos de cura maiores como 14, 28, 56 e 90

dias para os corpos de prova que apresentaram os melhores resultados.

DBD



(a)

(b)

Figura 3-24 - Procedimento de cura dos corpos de prova

Etapa 4: Ruptura

Por fim, a última etapa consiste na ruptura do corpo de prova. Nesta etapa,

serão utilizados os seguintes equipamentos e ferramentas (Figura 3-25):

1. Base de madeira para regularização;

2. Moldes para fixação do corpo de prova;

3. Fixadores;

4. Pesos diversos para aumento de carga do equipamento;

5. Equipamento LWT (Load Wheel Test).

(a)

(b)

Figura 3-25 - Equipamento e ferramentas utilizadas durante a etapa de ruptura do corpo de prova

Para a execução do ensaio, ergue-se o braço de alavanca permitindo acesso à

pista de teste (Figura 3-26a). É colocado uma base de madeira na pista de teste para

manter uniforme e regularizada a base onde será colocado o corpo de prova (Figura

3-26b), sobre a base de madeira é colocada a primeira parte do molde que segura o

corpo de prova em sua posição no momento do teste, evitando que o mesmo se

movimente para trás e para frente (Figura 3-26c) e prende-se com os fixadores para

DBD



garantir que o molde fique no lugar (Figura 3-26d). Coloca-se sobre a base de

madeira o corpo de prova que estava curando por 7 dias na grade de acrílico (Figura

3-26e) e o outro lado do molde é preso com os fixadores de modo a garantir que os

moldes fiquem fixos e o corpo de prova sem qualquer tipo de movimento (Figura

3-26f).

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 3-26 - Montagem do LWT para ruptura do corpo de prova

Apoia-se o braço de alavanca encostando a roda-teste no corpo de prova para

iniciar o ensaio (Figura 3-27a e Figura 3-27b). O contador é zerado em 500 ciclos,

(Figura 3-27c) que correspondem a 1000 passadas de roda sobre o corpo de prova

(500 vai e 500 vem) (Figura 3-27d).

DBD



(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 3-27 - Ruptura do corpo de prova

Após 500 ciclos, se não houver ruptura do corpo de prova (Figura 3-28a), são

colocados mais pesos sobre o equipamento e repetidos os 500 ciclos e assim

sucessivamente (Figura 3-28b, Figura 3-28c e Figura 3-28d) até a ruptura do corpo

de prova (Figura 3-28e e Figura 3-28f). Todos os corpos de prova foram ensaiados

dessa forma.

Devido a carga do simulador aumentar a cada 1000 passadas sem ruptura,

consequentemente há um acréscimo da carga passado ao corpo de prova, esses

acréscimos são detalhados na Tabela 3-5.

Tabela 3-5 – Cargas sobre o corpo de prova a cada 1000 passadas

Etapa Peso ensaiado (Kg)

De 0 a 1000 passadas 20,8

De 1001 a 2000 passadas 33,0

De 2001 a 3000 passadas 45,2

De 3001 a 4000 passadas 54,2

DBD



(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 3-28 – Ruptura do corpo de prova (continuação)

3.3.4.3.2 Considerações sobre o Ensaio LWT para o presente estudo

Todos os corpos de prova foram executados no tamanho padrão de 380mm x

50mm x 10mm. As duas primeiras medidas (380mm e 50mm) são padrões do

equipamento e não podem ser alteradas. Já a espessura, pode ser modificada, tanto

maior ou menos do que 10mm. Optou-se por 10mm por estes terem apresentados

DBD



resultados satisfatórios durante o desenvolvimento da metodologia utilizada por

Brazetti et al (2013).

Ainda a respeito dos corpos de prova, todos foram executados na umidade

ótima dos solos, respectivamente obedecendo aos ensaios de compactação

executados e dimensionados, levando em conta o peso especifico encontrado no

ensaio de compactação.

3.3.4.4 Compressão Simples

Para o ensaio de compressão simples, foi utilizada a norma DNER-ME

201/94 – IPR - Solo-cimento - compressão axial de corpos-de-prova cilíndricos. Foi

optado em utilizar essa norma, pois não há normatização para ensaios de

compressão simples com solos tratados com enzimas. Então seguiu-se a norma

citada para realizar os ensaios.

Foram executados quatro corpos de prova:

Dois no estado puro;

Dois do estado tratado.

Feitos dessa forma a fim de se comparar o comportamento a compressão

simples do solo após o tratamento com o solo no estado puro.

O tempo de cura foi de sete dias ao ar livre e não houve imersão em água

antes da ruptura. Essas medidas foram tomadas para que o corpo de prova ficasse

com as mesmas características dos corpos de prova ensaiados no equipamento LWT

e também para o risco dos corpos de prova de desintegram quando imersos.

A Figura 3-29 mostra o equipamento utilizado para executar o ensaio:

DBD



Figura 3-29 - Equipamento utilizado para ruptura dos corpos de prova a compressão simples no laboratório de solos do IME

3.3.5 Micromorfologia e Mineralogia

As analises micromorfologica e mineralógica dos solos foram realizados no

Laboratório de Microscopia Eletrônica, Varredura e Transmissão e no Laboratório

de Difração de Raios-X do IME.

3.3.5.1 Micromorfologia - Microscopia Eletrônica de Varredura

Os objetivos principais da caracterização micromorfológica são os de

observar o estado e as transformações sofridas pelo solo puro, a nível de

organização de seus constituintes, sob as novas condições de tratamento a que foi

submetido e, identificar se existem produtos organominerais formados, como se

distribuem e qual sua relação com as partículas minerais originais do solo.

O estudo micromorfológico baseou-se na análise de uma prospecção

microscópica nos materiais (Solo Puro e Solo Tratado) a três níveis de profundidade

(100x, 200x, 200x), com algumas amostras tentou-se maiores aumentos como de

até 100.000x.

3.3.5.2 Mineralogia - Difração de Raio-X

O objetivo da difração de Raio-X (DRX) na análise de solos, é identificar os

picos apresentados nos gráficos e cruza-los com informações de bancos de dados

existentes a fim de identificar a formação mineralógica da amostra em questão.

O objetivo da difração de Raio-X no presente trabalho não foi de identificar

a mineralogia das amostras, mas sim, procurar por indícios de alterações na

estrutura do solo, a fim de concluir se as enzimas alteram ou não quimicamente as

amostras analisadas. Por isso, foram analisadas amostras no estado puro e amostras

no estado tratado, permitindo cruzar as informações em busca desses indícios de

alterações.

DBD


4 Resultados e Discussões


Neste capitulo serão apresentados os resultados e análises dos ensaios

descritos no capítulo anterior. Esses ensaios tiveram por objetivo uma melhor

compreensão do comportamento dos materiais em estudo.

4.2 Ensaios Físicos

4.2.1 Análise Granulométrica

As curvas granulométricas dos solos estudados na pesquisa foram

determinadas considerando os procedimentos da NBR 7181/1984 e foram

realizados no Laboratório de Solos do IME.

Os três solos apresentaram curvas granulométricas bem parecidas, ou seja,

porcentagem de materiais passantes nas peneiras com valores próximos. Esse

resultado pode ser explicado devido ao fato dos materiais pertencerem a um mesmo

perfil geotécnico, porém os materiais apresentam-se em profundidades diferentes e

possuem a mesma rocha-mãe como origem geológica.

A Tabela 4-1 e a Figura 4-1 apresentam os resultados dos ensaios de análise

granulométrica para os solos do presente estudo.

Tabela 4-1 - Resultados das análises granulométricas do presente estudo

Amostra Argila

(%) Silte (%)

Areia Pedregulho

(%) Fina (%)

Média (%)

Grossa (%)

Solo Preto 0,66 42,87 8,26 24,93 22,29 0,99

Solo Amarelo 7,65 43,62 6,23 25,58 16,70 0,22

Solo Vermelho 0,70 50,50 7,41 24,95 16,07 0,38

DBD


Capítulo 4 - Resultados e Discussões 82

Figura 4-1 - Resultados das análises granulométricas do presente estudo

4.2.2 Massa Especifica Real dos Grãos

Os resultados obtidos para massa específica real dos grãos encontram-se

listados na Tabela 4-2.

Tabela 4-2 - Resultados dos ensaios de densidade real dos grãos do presente estudo

Material Densidade Real dos Grãos

Solo Preto 2,483

Solo Amarelo 2,452

Solo Vermelho 2,542

4.2.3 Limites de Atterberg

Os resultados de Limite de Liquidez, Limite de Plasticidade e Índice de

Plasticidade dos solos são apresentados na Tabela 4-3.

Tabela 4-3 - Resultados dos ensaios de limites de Atterberg do presente estudo

LL (%) LP (%) IP (%)

Solo Preto 47 29 18

Solo Amarelo 53 35 18

Solo Vermelho 59 44 16

DBD



4.2.4 Classificação dos Solos

4.2.4.1 Classificação SUCS

De acordo com a classificação do Sistema Unificado de Classificação dos

Solos – SUCS, os solos do presente estudo se enquadram na classificação MH-Silte.

Podem ser considerados com pequena a média rigidez, com nenhuma ou lenta

dilatância e resistência a seco de pequena a média.

4.2.4.2 Classificação HRB

De acordo com a classificação da Highway Research Board – HRB, ou

sistema rodoviário de classificação, proposto originalmente no Estados Unidos da

América, os solos do presente estudo se enquadram na classificação A-7-5 (solo

amarelo e vermelho) e A-7-6 (solo preto). Segundo Nogami e Villibor (1985),

quando convenientemente compactados, os solos classificados em A-7-6 e A-7-5,

podem ser ótimos para subleito se forem lateríticos.

4.2.4.3 Classificação MCT

Apresentam-se os gráficos com resultados da classificação MCT para os três

solos do presente estudo (Figura 4-2, Figura 4-3 e Figura 4-4). Os três solos foram

classificados como Lateríticos Argilosos.

Figura 4-2 - Classificação MCT para o solo preto estudado

DBD



Figura 4-3 - Classificação MCT para o solo amarelo estudado

Figura 4-4 - Classificação MCT para o solo vermelho estudado

4.3 Ensaios Químicos

4.3.1 Composição Química

Foram realizados ensaios químicos nas amostras dos três solos estudados,

tanto no estado puro quanto no estado tratado com a enzima PZ na dosagem 1:20,

por ter apresentado melhores resultados nos ensaios mecânicos.

Nos três solos estudados, há um predomínio dos elementos Alumínio (Al),

Silício (Si) e Ferro (Fe), compondo aproximadamente 97% das amostras analisadas.

Os outros elementos encontrados foram: Titânio (Ti), Enxofre (S), Zircônio (Zr),

Vanádio (V), Potássio (K), Manganês (Mn), Irídio (Ir), Cobre (Cu) e Zinco (Zn).

DBD



Nas amostras tratadas com enzima PZ, procurou observar se houve mudanças

nos elementos com relação ao solo no estado puro, porém os resultados não foram

significativos, ficando todos dentro da margem de erro do ensaio que é de 3%.

Os gráficos apresentam os resultados de composição dos elementos químicos

dos solos estudados na presente pesquisa tanto no solo puro quanto no solo tratado

com enzima PZ (Figura 4-5, Figura 4-6 e Figura 4-7).

(a)

(b)

Figura 4-5 - Composição dos elementos químicos do solo preto do presente estudo (a) solo preto puro (b) solo preto tratado com enzima PZ 1:20

(a)

(b)

Figura 4-6 - Composição dos elementos químicos do solo amarelo do presente estudo (a) solo amarelo puro (b) solo amarelo tratado com enzima PZ 1:20

DBD



(a)

(b)

Figura 4-7 - Composição dos elementos químicos do solo vermelho do presente estudo (a) solo vermelho puro (b) solo vermelho tratado com enzima PZ 1:20

Também foram realizadas análises químicas da composição dos óxidos

presentes nos solos. Houve um predomínio de Óxido de Alumínio (Alumina-

Al2O3), Dióxido de Silício (Sílica–SiO2) e Óxido de Ferro (Hematita-Fe2O3), os

dois primeiros respondendo por mais de 90% da composição. Os resultados são

apresentados nos gráficos para o solo no estado puro e tratado com enzima PZ

(Figura 4-8, Figura 4-9 e Figura 4-10).

(a)

(b)

Figura 4-8 - Composição dos óxidos do solo preto do presente estudo (a) solo preto puro (b) solo preto tratado com enzima PZ 1:20

DBD



(a)

(b)

Figura 4-9 - Composição dos óxidos do solo amarelo do presente estudo (a) solo amarelo puro (b) solo amarelo tratado com enzima PZ 1:20

(a)

(b)

Figura 4-10 - Composição dos óxidos do solo vermelho do presente estudo (a) solo vermelho puro (b) solo vermelho tratado com enzima PZ 1:20

Os outros óxidos encontrados foram: Dióxido de Titânio (TiO2), Trióxido de

Enxofre (Óxido Sulfurico-SO3), Óxido de Potássio (K2O), Dióxido de Zircônio

(ZrO2), Pentóxido de Vanádio (Anidrido Vanádico-V2O5), Óxido de Manganês

(MnO), Trióxido de Irídio (ZrO2), Óxido de Cobre (CuO) e Óxido de Zinco (ZnO).

Também não houve mudanças significativas nas análises com óxidos quando

compara-se o solo tratado ao solo puro, ou seja, não há reações químicas que criem

novos elementos ou modifiquem os existentes nas amostras analisadas.

DBD



4.3.2 Teor de Matéria Orgânica

Os resultados dos teores de matéria orgânica dos solos estudados estão

apresentados na Tabela 4-4.

Tabela 4-4 - Teor de matéria orgânica dos solos do presente estudo

Teor de Matéria Orgânica (%)

Solo Preto 3,05

Solo Amarelo 3,12

Solo Vermelho 1,45

Como era esperado, os solos mais superficiais, preto e amarelo, apresentaram

teores de matéria orgânica maiores do que o solo vermelho, que ocorre em maior

profundidade, isso pode ser explicado pelo fato dos solos estarem mais próximos à

superfície.

4.4 Ensaios Mecânicos

4.4.1 Ensaio de Compactação

As curvas de compactação dos solos utilizados no presente estudo estão

apresentadas na Figura 4-11 e os resultados de Umidade Ótima e Massa Especifica

Aparente Seca retirados das curvas de compactação e utilizados no presente estudo

estão apresentados na Tabela 4-5.

Tabela 4-5 - Resultados dos ensaios de compactação

UMIDADE OTIMA (%) MASSA ESPECIFICA

APARENTE SECA (g/cm³)

Solo Preto 20,2 1,614

Solo Amarelo 19,8 1,666

Solo Vermelho 18,1 1,687

DBD



Figura 4-11 - Curvas de compactação dos solos deste estudo

4.4.2 Ensaio de Índice de Suporte Califórnia

Na Tabela 4-6 estão apresentados os valores obtidos no ensaio de Índice de

Suporte Califórnia, e na Tabela 4-7 a expansão do corpo de prova de cada solo após

quatro dias de imersão.

Tabela 4-6 - Resultados de ISC para os solos estudados

ISC (%)

Solo Preto 4,3

Solo Amarelo 5,0

Solo Vermelho 7,9

Tabela 4-7 - Resultados de expansão aos 4 dias de imersão

Expansão (%)

Solo Preto 0,0088

Solo Amarelo 0,0079

Solo Vermelho 0,0562

Na Figura 4-12 está apresentado o resultado do ensaio de ISC nos solos

estudados.

DBD



Figura 4-12 - Representação gráfica dos resultados de ISC dos solos estudados

4.4.3 Ensaio LWT – Load Wheel Test

Os resultados dos ensaios realizados no simulador de trafego LWT serão

apresentados a seguir e divididos em diferentes análises. Todos os gráficos

possuem, à sua esquerda, o primeiro resultado sendo o solo no estado puro para

uma melhor visualização.

O valor de cada barra apresentada nos gráficos significa o número de passadas

que o simulador de trafego obteve até a ruptura, lembrando que a cada 1000

passadas a carga é aumentada de acordo com a Tabela 3-5.

Todos os corpos de prova foram curados ao ar livre, com um tempo de cura

de sete dias. Com exceção daqueles onde o objetivo foi verificar se o tempo de cura

influenciava no resultado da ruptura.

Os gráficos estão organizados com os três melhores valores de ruptura

encontrados dispostos do menor para o maior. Apesar de apresentar apenas os três

melhores resultados, foram feitos mais corpos de prova para cada mistura.

DBD



4.4.3.1 Resultados Utilizando a Enzima EMC

A Figura 4-13 apresenta os resultados dos ensaios utilizando a enzima EMC

para diferentes dosagens (puro, 1:20, 1:30 e 1:40).

(a)

(b)

(c)

Figura 4-13 - Resultados ensaio LWT utilizando enzima EMC (a) solo vermelho (b) solo amarelo (c) solo preto

Observa-se que a enzima EMC melhorou os três tipos de solos, apresentando

em média valores acima da ruptura do solo puro, com valores de 380, 546 e 784

passadas, respectivamente, para os três solos.

DBD



O solo preto apresentou um melhor desempenho, onde chegou a uma melhora

de 89,5% quando atingiu um valor de 1486 passadas no CP3 com uma dosagem na

proporção de 1:20.

Também houve 86,8% de melhora para o CP3 do solo amarelo e 59,5% de

melhora no CP3 do solo vermelho, ambos com uma dosagem na proporção de 1:20.

O fato de os melhores resultados serem encontrados na proporção de 1:20 é

explicado pela dosagem ser mais concentrada, ou seja, ter uma maior quantidade de

enzimas do que as outras proporções, de 1:30 e 1:40.

Alguns resultados ficaram abaixo do próprio valor da ruptura no solo puro,

isso pode ser explicado por alguma anormalidade do corpo de prova, seja no

momento da sua fabricação, manuseio ou cura, pois um corpo de prova com as

mesmas características apresentou valores mais elevados.

4.4.3.2 Resultados Utilizando a Enzima TZ

A Figura 4-14 apresenta os resultados dos ensaios utilizando a enzima TZ


Assim como observado para a enzima EMC, os corpos de prova com a enzima

TZ apresentaram melhoras em comparação com o solo puro.

No solo vermelho houve uma melhora de 356% em relação ao solo puro, já

no solo amarelo a melhora foi de 548% e no solo preto de 411%, todos na dosagem

de 1:20.

Já na dosagem de 1:30, a utilizada pelos fabricantes, a melhora também foi

significativa, sendo de 258% no solo vermelho, 454% no solo amarelo e 365% no

solo preto.

Já na dosagem de 1:40 a melhora foi mais modesta, porém também

significativa, acima de 70% nos três solos.

A mesma explicação vale para esse caso, onde a dosagem 1:20 apresenta-se

melhor devido à utilização de uma dosagem de enzima maior do que nas outras

proporções.

DBD



(a)

(b)

(c)

Figura 4-14 - Resultados ensaio LWT utilizando enzima TZ (a) solo vermelho (b) solo amarelo (c) solo preto

DBD



4.4.3.3 Resultados Utilizando a Enzima PZ

A Figura 4-15 apresenta os resultados dos ensaios utilizando a enzima PZ


(a)

(b)

(c)

Figura 4-15 - Resultados ensaio LWT utilizando enzima PZ (a) solo vermelho (b) solo amarelo (c) solo preto

DBD



Observa-se que como nas outras duas enzimas, a PZ também apresentou

melhoras significativas, porém apresenta os melhores resultados entre as três

enzimas estudadas.

Na dosagem 1:20 houve uma melhora de quase 500% no CP3 do solo preto,

atingindo quase que a capacidade máxima do equipamento, que são de 4000

passadas.

O solo amarelo também apresentou bons resultados nas dosagens 1:20 e 1:30,

ultrapassando as 2500 passadas, o que significa também quase 500% melhor do que

o solo no estado puro.

O solo vermelho apresentou melhoras, mas aquém das apresentadas pelo solo

amarelo e preto, não ultrapassando as 1500 passadas, porém, significando quase

400% de melhoria em relação ao solo puro.

As dosagens 1:40, como já comentado, apresentaram os piores resultados,

porém não menos significativos, isso pode ser explicado devido à menor quantidade

de enzima na sua mistura.

4.4.3.4 Resultados Utilizando a Dosagem 1:40

Na Figura 4-16 serão apresentados os resultados comparativos das análises

utilizando as dosagens na proporção 1:40 (1 litro de enzima para 40m³ de solo) para

os três tipos de enzimas estudados.

Na dosagem 1:40, a quantidade de enzimas na mistura é menor, talvez por

isso atinjam menores valores de ruptura, quando comparado às outras dosagens.

No comparativo entre os resultados da dosagem 1:40, a enzima PZ apresentou

um melhor resultado para os três solos, aumentando em até 250% os valores de

ruptura em relação ao solo no estado puro.

O solo que apresentou os melhores resultados nessa dosagem foi o solo preto,

suportando maior número de passadas, consequentemente mais cargas com valores

maiores (1848 e 1346 passadas), quando comparado ao solo amarelo (1568 e 1320

passadas) e ao solo vermelho (1020 e 912 passadas).

DBD



(a)

(b)

(c)

Figura 4-16 - Resultados ensaio LWT utilizando dosagem 1:40 (a) solo vermelho (b) solo amarelo (c) solo preto





DBD



(a)

(b)

(c)


A dosagem 1:30 é a utilizada pelos fabricantes e recomendada aos

consumidores pelos mesmos.

De fato, os corpos de prova ensaiados nessa dosagem mostraram melhores

resultados em relação à dosagem 1:40, tendo valores acima de 2000 passadas nos

solos preto e amarelo, quando tratados com as enzimas TZ e PZ.

Já a enzima EMC não mostrou um desempenho favorável quando comparado

às outras duas estudadas. Isso pode ocorrer por alguma diferença do produto, pois

DBD



as três enzimas são provenientes da mesma matéria prima, o melaço da cana-de-

açúcar, porém cada fabricante tem os seus procedimentos e segredos a respeito da

fabricação das mesmas, o que pode levar a diferenças na composição e

consequentemente no seu desempenho.

Percebe-se que, como visto nos outros resultados, os melhores corpos de

prova são os ensaiados com os solos preto e amarelo. Os resultados com o solo

vermelho apresentam menores valores de ruptura. Isso pode ser explicado pelo teor

de matéria orgânica presente no solo, visto que a enzima precisa de um substrato

orgânico para suas reações. Se o solo possui um teor maior de matéria orgânica, as

reações se desenvolvem mais facilmente do que um solo que possui uma

porcentagem menor.





Como já era esperado, em relação a dosagem, os melhores resultados foram

apresentados na relação 1:20, onde os valores dos solos amarelo e preto ficaram

próximos de 3000 passadas ou até mesmo ultrapassaram. Tendo uma melhora muito

significativa, devido à quantidade maior de enzima na mistura.

O solo vermelho novamente ficou abaixo dos resultados dos outros dois solos

estudados, mas não menos importantes, pois mesmo assim apresentou melhoras

acima de 400% em relação ao estado puro.

Já a enzima EMC, em todos os três solos e nas três dosagens (1:20, 1:30 e

1:40) não apresentou resultados expressivos quando comparado aos outros valores,

não ultrapassando as 1486 passadas do solo preto com dosagem 1:20. Isso pode ser

explicado novamente pela quantidade de matéria orgânica presente no solo, visto

que a enzima precisa de um substrato orgânico para suas reações e o solo vermelho

apresentou o menor teor de matéria orgânica entre os três solos estudados.

DBD



(a)

(b)

(c)


4.4.3.7 Resultados variando o tempo de Cura

Após a ruptura de todos os corpos de prova apresentados anteriormente,

optou-se em verificar a influência do tempo de cura, pois todos os corpos de prova

foram rompidos com sete dias de cura ao ar livre.

DBD



Foi escolhido o melhor resultado de todos os ensaios realizados para compor

os ensaios individuais. A mistura escolhida foi o solo preto com a enzima PZ e

dosagem 1:20 (que apresentou resultados de até 3868 passadas).

Foram executados mais corpos de prova e estes foram curados e rompidos

nos seguintes períodos:

14 dias;

28 dias;

56 dias;

90 dias.

Os resultados destes ensaios estão apresentados na Figura 4-19.

Figura 4-19 - Variação do tempo de cura (solo preto, enzima PZ, dosagem 1:20)

Para todos os períodos de cura foram feitos corpos de prova no estado tratado

e no estado puro para se fazer as comparações. Como pode ser observado, os

resultados não diferem muito, ou seja, não existe uma tendência de melhoria ao

longo do tempo. Os valores são próximos e ficam próximos à média de 3000

passadas.

Os resultados com 7 dias, para essa mistura, mostram que não houveram

melhorias significativas para os outros períodos de tempo analisados, mostrando

que o período longo de cura não interfere no desempenho.

4.4.4 Compressão Simples

Os ensaios de compressão simples foram executados no Laboratório de Solos

do IME. Foram moldados quatro corpos de prova cilíndricos no tamanho 10x20 cm

(diâmetro x altura) (Figura 4-20), sendo dois com solo preto puro e dois com solo

preto tratado com PZ com dosagem 1:20.

DBD



Todos os corpos de prova foram moldados e curados por sete dias ao ar livre,

assim como foram feitos com os corpos de prova para o LWT.

Figura 4-20 - Corpo de prova para ensaio de compressão simples – solo preto puro

A Figura 4-21 apresenta os resultados médios da compressão simples nas

amostras ensaiadas.

Observa-se que o comportamento à compressão simples do solo tratado com

a enzima é superior ao solo no estado puro. O pico de resistência atingido no solo

puro foi de 4,4MPa e no solo tratado foi de 6,5MPa, um aumento de quase 50%.

Figura 4-21 - Compressão simples - solo preto puro e tratado com PZ

DBD



4.5 Micromorfologia e Mineralogia

4.5.1 Micromorfologia – Microscopia Eletrônica de Varredura

Os ensaios foram realizados no Laboratório de Microscopia Eletrônica,

Varredura e Transmissão da Seção de Ensino de Engenharia Mecânica e de

Materiais do Instituto Militar de Engenharia-IME.

Numa primeira etapa foram realizadas prospecções a 100x, 200x e 2000x com

os três tipos de solos no estado puro e também com os três tipos de solos no estado

tratado com a enzima PZ, escolhida por apresentar os melhores resultados nos

ensaios mecânicos com o LWT.

Numa segunda etapa foram realizadas prospecções de até 100.000x apenas

no solo preto puro e tratado com PZ, a fim de identificar níveis de transformações

sofridos ou constituintes das amostras.

As imagens estão organizadas em solo puro do lado esquerdo e solo tratado

do lado direito com o intuito de comparação, bem como em ordem de prospecção,

100x, 200x e 2000x.

A Figura 4-22 apresenta os resultados do solo vermelho, a Figura 4-23

apresenta os resultados do solo amarelo e a Figura 4-24 os resultados do solo preto.

O objetivo da microscopia foi identificar ligações, transformações ou

qualquer tipo de mudança que a enzima pudesse causar no solo puro. Porém em

todas as imagens analisadas após o tratamento com enzima, não se conseguiu

identificar nenhuma mudança na estrutura, bem como identificação de novos

constituintes, nem mesmo ligações físicas entre as partículas, estas se estimam que

existam pelo fato dos corpos de prova apresentarem mais rígidos quando tratados.

Decidiu-se fazer novas análises com prospecções maiores, chegando a

100.000x, porém fez-se apenas com solo preto no estado puro e no estado tratado

com PZ 1:20. Esses resultados apresentam-se na Figura 4-25.

DBD



(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 4-22 - Microscopia eletrônica de varredura - solo vermelho puro e tratado com PZ 1:20 (100x, 200x e 2000x) (a) solo vermelho puro (100x) (b) solo vermelho tratado com PZ 1:20 (100x) (c) solo vermelho puro (200x) (d) solo vermelho tratado com PZ 1:20 (200x) (e) solo vermelho puro (2000x) (f) solo vermelho tratado com PZ 1:20 (2000x)

DBD



(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 4-23 - Microscopia eletrônica de varredura - solo amarelo puro e tratado com PZ 1:20 (100x, 200x e 2000x) (a) solo amarelo puro (100x) (b) solo amarelo tratado com PZ 1:20 (100x) (c) solo amarelo puro (200x) (d) solo amarelo tratado com PZ 1:20 (200x) (e) solo amarelo puro (2000x) (f) solo amarelo tratado com PZ 1:20 (2000x)

DBD



(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 4-24 - Microscopia eletrônica de varredura - solo preto puro e tratado com PZ 1:20 (100x, 200x e 2000x) (a) solo preto puro (100x) (b) solo preto tratado com PZ 1:20 (100x) (c) solo preto puro (200x) (d) solo preto tratado com PZ 1:20 (200x) (e) solo preto puro (2000x) (f) solo preto tratado com PZ 1:20 (2000x)

DBD



A Figura 4-25, apresenta prospecções realizadas a 50.000x e 100.000x sobre

amostras de solo preto puro (a esquerda), e amostras de solo preto tratado com

enzima PZ com teor 1:20 do lado direito.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4-25 - Microscopia eletrônica de varredura - solo preto puro e tratado com PZ 1:20 (50.000 e 100.000x) (a) solo preto puro (50.000x) (b) solo preto tratado com PZ 1:20 (50.000x) (c) solo preto puro (100.000x) (d) solo preto tratado com PZ 1:20 (100.000x)

Mais uma vez não foi possível encontrar as ligações entre as partículas de

argilas, nem mesmo pode-se identificar se houve ou não novas estruturas formadas

com a adição das enzimas no solo tratado.

4.5.2 Mineralogia – Difração de Raios-X

Os ensaios foram executados no Laboratório de Difração de Raios-X da

Seção de Ensino de Engenharia Mecânica e de Materiais do Instituto Militar de

Engenharia-IME.

DBD



Foram realizados ensaios nas três amostras de solo puro e também com três

amostras de solo tratado com a enzima PZ dosagem 1:20, totalizando 6 análises.

Solo preto puro;

Solo preto tratato com PZ;

Solo amarelo puro;

Solo amarelo tratado com PZ;

Solo vermelho puro;

Solo vermelho tratado com PZ.

A escolha pela enzima PZ na dosagem 1:20 se deu pelo fato desta apresentar

os melhores resultados quando comparada com as outras estudadas.

Apresentam-se os gráficos de Difração de Raios-X para o solo preto puro

(Figura 4-26) e solo preto tratado com PZ 1:20 (Figura 4-27).

Figura 4-26 – Resultado de difração de raios-x do solo preto no estado puro

DBD



Figura 4-27 - Resultado de difração de raios-x do solo preto tratado com enzima PZ

O objetivo da difração de raios-x foi apenas para identificar se houve ou não

modificação na estrutura da amostra devido à adição da enzima, tornando-se uma

análise qualitativa. Percebe-se que há picos no solo tratado que não aparecem no

solo puro, por volta de 80º e 95º do eixo 2Theta(º).

Isso significa aparente mudança de uma amostra para outra, porém não foi

estudado qual mudança ocorreu e em qual proporção, sabe-se apenas que houve

alteração no solo tratado.

Apresentam-se os gráficos de Difração de Raios-X para o solo amarelo puro

(Figura 4-28) e solo amarelo tratado com PZ 1:20 (Figura 4-29).

Figura 4-28 - Resultado de difração de raios-x do solo amarelo no estado puro

DBD



Figura 4-29 - Resultado de difração de raios-x do solo amarelo tratado com enzima PZ

O mesmo raciocínio do primeiro caso com o solo preto, repete-se para o solo

amarelo. No estado puro apresentam-se pequenos picos entre 80º e 100º, isso já não

ocorre no estado tratado, porém nota-se um pico maior próximo a 120º.

Significando mais uma vez que houve mudanças na estrutura do solo, porém não

pesquisadas por não fazer parte do objetivo desta pesquisa.

Apresentam-se os gráficos de Difração de Raios-X para o solo vermelho puro

(Figura 4-30) e solo vermelho tratado com PZ 1:20 (Figura 4-31).

Figura 4-30 - Resultado de difração de raios-x do solo vermelho no estado puro

DBD



Figura 4-31 - Resultado de difração de raios-x do solo vermelho tratado com enzima PZ

Já no solo vermelho, os picos apresentados no solo puro se repetiram no solo

tratado, levando a concluir que não houveram mudanças significativas na estrutura

das amostras analisadas.

DBD


5 Conclusões e Sugestões para Futuros Trabalhos

5.1 Conclusões

A partir dos resultados apresentados e analisados foi possível se chegar às

conclusões abordadas neste Capítulo final.

A seguir estão apresentadas as principais contribuições a cerca desta pesquisa:

Os resultados obtidos permitem concluir que os solos estudados nesta

pesquisa são do tipo MH (Siltes) pela classificação SUCS. Foram

classificados como A-7-5 e A-7-6 pela classificação HRB como um solo

argiloso que, quando convenientemente compactados, podem ser ótimos

para subleito se forem lateríticos. Já pela classificação MCT foram

classificados como solos Lateríticos Argilosos. Estas classificações

assinalam que o comportamento deste material pode ser utilizado como

solo de base de pavimentos, resguardado os níveis de tráfego;

A composição química dos três solos é predominante de Alumínio (Al),

Silício (Si) e Ferro (Fe). Esses três elementos respondem por mais de 97%

da composição dos três solos. Os três solos são formados por

aproximadamente 90% dos três componentes: Óxido de Alumínio

(Alumina-Al2O3), Dióxido de Silício (Sílica–SiO2) e Óxido de Ferro

(Hematita-Fe2O3);

Os solos amarelo e preto apresentaram teores maiores de matéria orgânica

do que o solo vermelho, influenciando favoravelmente a atuação das

enzimas no melhoramento das misturas;

Os ensaios com o LWT foram totalmente satisfatórios, concluindo que a

metodologia desenvolvida para avaliação em solos é completamente

utilizável e recomendada;

O solo vermelho apresentou os piores resultados quando comparado aos

outros. Os solos amarelo e preto apresentaram melhores resultados,

DBD


Capítulo 5 - Conclusões e Sugestões para Futuros Trabalhos 112

chegando o preto quase a capacidade máxima do equipamento de 4000

passadas. Resultado explicado pelo maior teor de matéria orgânico

presente nos solos preto e amarelo, levando as enzimas a reagirem com

os substratos presentes. Diferente do solo vermelho que possui um teor de

matéria orgânico menor;

Quanto à avaliação das enzimas, as que se mostraram mais favoráveis

foram a PZ e TZ;

A dosagem de aplicação da enzima exerceu um fator importante nas

misturas, concluindo que quanto menor essa dosagem, isto é, mais

quantidade de enzima na mistura, melhor é o seu comportamento, tendo

assim a dosagem 1:20 como melhor avaliada;

Na análise do comportamento ao longo do tempo, não houve diferenças

significativas nos resultados por longos períodos, levando a concluir que

esse fator não altera no resultado final da cura, concluindo que as

principais reações acontecem nos primeiros sete dias após a fabricação

dos corpos de prova;

As análises utilizando Difração de Raios-X mostraram-se favoráveis para

uma avaliação simples e qualitativa como foi verificada, mostrando

claramente eventuais modificações que vieram a ocorrem nas misturas

com solo preto tratado e solo amarelo tratado.

Através de todas as análises e estudos realizados nesta pesquisa, conclui-

se que há sim viabilidade técnica para utilização de enzimas em obras de

pavimentação, porém, muitos estudos e entendimentos acerca de como

esses aditivos atuam devem ser realizados, a fim de se entender melhor a

respeito do seu comportamento.

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Capítulo 5 - Conclusões e Sugestões para Futuros Trabalhos 113

5.2 Sugestões para Futuros Trabalhos

Algumas sugestões para a ampliação do conhecimento e o prosseguimento

dos estudos sobre a aplicabilidade de enzimas em solos são citadas a seguir:

Verificar o desempenho da utilização de enzimas patenteadas em outros

tipos de solos e outros tipos de enzimas;

Avaliar o comportamento das enzimas na tentativa de estabilização de

solos moles;

Repetir os ensaios com a metodologia utilizada, porém variando a

umidade para o ramo seco e úmido, inclusive com histerese;

Utilizar o equipamento WTAT (Wet Track Abrasion Test) para

complementar os ensaios realizados no LWT (Load Wheel Test);

Verificar o comportamento a cargas estáticas das misturas com enzimas

para outros fins geotécnicos;

Realizar estudos microbiológicos para ajudar no entendimento das

reações que ocorrem microscopicamente no solo;

Realizar ensaios de módulo resiliente, fadiga e tração para melhor

entendimento do comportamento mecânico das misturas.

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Capítulo 6 - Referências Bibliográficas 115

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Anexo I

Carta de Reconhecimento de Baixa Intensidade dos Solos do Estado do Rio de Janeiro

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josé adriano cardoso malko aplicabilidade de enzimas para ......utilizadas na pesquisa: terrazyme...

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