Estudo do efeito da variação no teor de emulsão asfáltica na resistência ao cisalhamento e no comportamento viscoelástico de um solo misturado com elevados teores de emulsão

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodrigues, Paulo Mateus Barros
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
Texto Completo: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74314
Resumo: The mixture of soils with asphalt emulsions is a well-established stabilization technique widely employed in pavement construction. The addition of high concentrations of asphalt emulsion in these mixtures has resulted in modifications of soil properties, enabling its application in various types of engineering projects, beyond those in which it was traditionally employed. This research was conducted to assess the effect of asphalt emulsion content on the rheological properties and shear strength of a sandy soil mixed with asphalt emulsion. The experimental methodology involved: (i) soil collection and characterization, and selection of the asphalt emulsion; (ii) mixing the materials at emulsion dosages of 16%, 22%, and 28% by mass; (iii) compacting the mixtures usingMCT and Superpave methods; (iv) triaxial compression; and (v) complex modulus and creep tests. The results of the strength tests revealed that as the emulsion dosage increased, the friction angles decreased, while cohesion values were higher for mixtures with 16%and 22%dosages. However, in the mixture with 28%emulsion, there was a reduction in its cohesive intercept due to the separation of particles caused by an excess of binder. The rheological model adopted to characterize this material was the 2S2P1D, with satisfactory fitting. Behavior prediction was conducted for mixtures with 16% emulsion, after its linear viscoelastic characterization through complex modulus tests with maximum strains of 67.5 m/m, as well as the corresponding comparison with the results obtained directly by the creep test, performed with deformations up to 20 times greater. Prediction errors were found ranging from 44% to 61% of difference, which are consistent with granular materials. Once the validity of the model was confirmed, the mixtures with 22% and 28% emulsion dosages were further characterized. It was observed that the temporal-dependent parameters (k, h,  E and of the 2S2P1D model remained the same for all three mixture dosages, indicating their association with the type of binder used. Regarding the values of E0 and E00, a clear correlation was observed between the amount of binder in the mixtures and these values. As a first approximation, a linear relationship was established among these values. Through this study, it becomes feasible to perform an initial determination of a characterization coefficient for the behavior of soil-emulsion mixtures without the requirement for extensive experimental investigations, thereby enabling prospective assessments regarding structural risks attributable to creep. In the forthcoming research, emphasis should be placed on evaluating the microstructure of these mixtures and on the formulation of a micromechanical analysis that corroborates the findings obtained.
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The experimental methodology involved: (i) soil collection and characterization, and selection of the asphalt emulsion; (ii) mixing the materials at emulsion dosages of 16%, 22%, and 28% by mass; (iii) compacting the mixtures usingMCT and Superpave methods; (iv) triaxial compression; and (v) complex modulus and creep tests. The results of the strength tests revealed that as the emulsion dosage increased, the friction angles decreased, while cohesion values were higher for mixtures with 16%and 22%dosages. However, in the mixture with 28%emulsion, there was a reduction in its cohesive intercept due to the separation of particles caused by an excess of binder. The rheological model adopted to characterize this material was the 2S2P1D, with satisfactory fitting. Behavior prediction was conducted for mixtures with 16% emulsion, after its linear viscoelastic characterization through complex modulus tests with maximum strains of 67.5 m/m, as well as the corresponding comparison with the results obtained directly by the creep test, performed with deformations up to 20 times greater. Prediction errors were found ranging from 44% to 61% of difference, which are consistent with granular materials. Once the validity of the model was confirmed, the mixtures with 22% and 28% emulsion dosages were further characterized. It was observed that the temporal-dependent parameters (k, h,  E and of the 2S2P1D model remained the same for all three mixture dosages, indicating their association with the type of binder used. Regarding the values of E0 and E00, a clear correlation was observed between the amount of binder in the mixtures and these values. As a first approximation, a linear relationship was established among these values. Through this study, it becomes feasible to perform an initial determination of a characterization coefficient for the behavior of soil-emulsion mixtures without the requirement for extensive experimental investigations, thereby enabling prospective assessments regarding structural risks attributable to creep. In the forthcoming research, emphasis should be placed on evaluating the microstructure of these mixtures and on the formulation of a micromechanical analysis that corroborates the findings obtained.A mistura de solos com emulsões asfálticas é uma técnica de estabilização com utilização bastante consolidada em obras de pavimentação. A adição de altas concentrações de emulsão asfáltica nessas misturas tem proporcionado modificações nas propriedades do solo, permitindo sua aplicação em diversos tipos de projetos de engenharia, além daqueles em que tradicionalmente eram empregadas. Esta pesquisa foi realizada a fim de avaliar o efeito do teor de emulsão asfáltica nas propriedades reológicas e de resistência ao cisalhamento de um solo arenoso misturado com emulsão asfáltica.Ametodologia experimental empregada consistiu em: (i) coleta e caracterização do solo e escolha da emulsão asfáltica; (ii) mistura dos materiais adotando os teores de emulsão de 16%, 22% e 28% em massa; (iii) compactação dos materiais utilizando as metodologias MCT e Superpave; (iv) ensaio de compressão triaxial; e (v) ensaios de módulo complexo e de fluência. Os resultados dos ensaios de resistência mostraram que, à medida em que o teor de emulsão foi aumentado, menores foram os ângulos de atrito e, para as misturas com 16%e 22%, maiores foramos valores de coesão. Entretanto, na mistura com 28% de emulsão, houve uma redução em seu intercepto coesivo pelo afastamento dos grãos devido ao excesso de ligante. O modelo reológico adotado para caracterizar este material foi o 2S2P1D, comajustes satisfatórios. Foi executada uma previsão do comportamento das misturas com16% de emulsão, após sua caracterização por meio dos ensaios de módulo complexo com deformações máximas de 67,5 m/m, e consequente comparação com os resultados obtidos diretamente pelo ensaio de fluência no material, realizado com deformações até 20 vezes maiores. Foram encontrados erros de previsão variando entre 44% e 61% de diferença, valores compatíveis com materiais granulares. Comprovada a validade do modelo, prosseguiu-se à caracterização das misturas nos demais teores de 22% e 28%. Os parâmetros do 2S2P1D que possuem dependência temporal (k, h,  E e  foram os mesmos para os três teores de mistura, indicando que estes estão associados ao tipo de ligante utilizado. Já para os valores de E0 e E00, observou-se uma clara correlação entre a quantidade de ligante nas misturas e os valores destes. Como uma primeira aproximação, estabeleceu-se uma relação linear entre estes valores. Com esse trabalho, é possível fazer uma determinação inicial de um coeficiente de caracterização do comportamento de misturas solo-emulsão sem a necessidade de maiores investigações experimentais, permitindo futuras avaliações quanto aos riscos estruturais devido à fluência. No futuro, estudos deverão se voltar para a avaliação da microestrutura dessas misturas e para o desenvolvimento de uma análise micromecânica que confirme os resultados encontrados.Dantas Neto, Silvrano AdoniasBabadopulos, Lucas Feitosa de Albuquerque LimaRodrigues, Paulo Mateus Barros2023-09-13T14:18:24Z2023-09-13T14:18:24Z2023-07-12info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfRODRIGUES, P.M.B. Estudo do efeito da variação no teor de emulsão asfáltica na resistência ao cisalhamento e no comportamento viscoelástico de um solo misturado com elevados teores de emulsão. 2023. 130f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil - Geotecnia) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74314info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFC2023-09-13T18:38:21Zoai:repositorio.ufc.br:riufc/74314Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2023-09-13T18:38:21Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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