CARACTERIZAÇÃO DE SOLO: VIABILIDADE DE PAVIMENTAÇÃO DO ESTACIONAMENTO DO CENTRO UNIVERSITÁRIO TOLEDO

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1 CARACTERIZAÇÃO DE SOLO: VIABILIDADE DE PAVIMENTAÇÃO DO ESTACIONAMENTO DO CENTRO UNIVERSITÁRIO TOLEDO Bruno Da Silva Oliveira 1 - UNITOLEDO Aline Botini Tavares Bertequini 2 - UNITOLEDO RESUMO Este artigo científico tem como objetivo apresentar a caracterização do solo realizada para viabilizar a pavimentação do estacionamento do Centro Universitário Toledo com revestimento de concreto intertravado tipo paver. Foram executados ensaios de caracterização das amostras retiradas no local, tendo como resultados: a curva granulométrica, o limite de liquidez e o de plasticidade, assim como o índice de plasticidade. Para a classificação do solo utilizou-se o método HRB (Highway Research Board). Palavras-chave: Solo; Caracterização; Geotecnica; Pavimentação. 1. INTRODUÇÃO A diversidade dos tipos de solo e sua importância como fundação em obras de engenharia, implicam em avaliações técnicas para se obter suas características. O estudo analítico em questão é ramificado em algumas vertentes, dentre elas encontram-se: a pedologia que consiste no estudo das camadas do solo, a geomorfologia que analisa as formas da superfície terrestre, a hidrologia que se ocupa com o estudo das águas superficiais e subterrâneas e a geotecnia, ciência que aplica métodos científicos e princípios da engenharia para ocupação segura da crosta terrestre (CAPTU, 1998). A Geotecnia é uma das principais ciências no estudo dos solos na engenharia, sendo seu conhecimento essencial para elaboração de projetos estruturais precisos, tendo em vista que as obras de engenharia civil são fortificadas acima de terrenos, e necessitam que seu comportamento seja apropriadamente considerado. 1 Graduando em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Toledo (2017). 2 Mestre em Recursos Hídricos e Tecnologias Ambientais pela Universidade Estadual Paulista (2008). 1

2 A princípio, o solo é formado a partir da decomposição de rochas por meio de ações químicas, físicas e biológicas, como por exemplo, a água o vento e a oscilação de temperaturas, sendo essa dinâmica chamada de intemperismo. De acordo com Lepsch (2010, p. 23): As rochas da litosfera, expostas à atmosfera, sofrem à ação direta do calor do Sol, da umidade das chuvas e do crescimento de organismos. Assim, iniciam-se os processos que resultam em inúmeras modificações na composição química dos seus minerais e aspectos físicos. A esses processos dá-se o nome de intemperismo ou metereorização, fenômeno responsável pela formação do material semiconsolidado que dará início a formação do solo. Desse modo as rochas fragmentadas formam a camada superficial da crosta terrestre. Sua origem pode ser proveniente de rochas magmáticas, oriundas do resfriamento de magma vulcânico e sedimentares formada por sedimentos de outras rochas e matérias orgânicas (LEPSCH, 2010). A principal característica que discrimina um solo é a dimensão de suas partículas, variando aproximadamente de 0,0005 cm a 100,00 cm, conforme discriminado pela NBR 6502/1995, referente à variação das faixas granulométricas de um solo. A composição dessas partículas está relacionada com sua rocha matriz, sendo o quartzo, feldspato, gipsita, calcita e mica suas principais constituições minerais (CAPTU, 1998). Além de sua estruturação mineral e orgânica representando a fração sólida de sua porção, existe a parte líquida e gasosa correspondida por água e ar, sendo a soma dessas três fases o volume total da amostra. Para identificarmos essa relação são empregados ensaios de análises granulométrica que consistem na identificação das dimensões das partículas como também ensaios de consistência, que avaliam a plasticidade do solo. A partir desse plano podemos classificar as propriedades do solo e identificar sua tipologia de acordo com o sistema de classificação. O sistema mais difundido foi elaborado pelo americano Arthur Casagrande na década de 30, denominado como SUCS (Sistema Unificado de Classificação de Solos) ou USCS (Unified Soil Classification System), visando a aplicação para projetos de aeroportos. Nesse sistema os solos são classificados por duas letras de origem inglesa: sendo o prefixo relacionado ao tipo de solo, e o sufixo correspondendo a granulometria e à plasticidade. Os aspectos considerados para essa classificação são a porcentagem de finos presentes na amostra, sendo solos finos representados pelas letras: M (mó), C (clay) ou O (argila orgânica), onde considera-se que a porção analisada deve passar mais de 50% na 2

3 peneira nº 200 (#200). E nos solos de granulometria grossa, devem ficar retidos mais que 50% na mesma peneira, sendo apresentados pelas letras: G (gravel) ou S (stand). Outro método difundido é o HRB (Highway Research Board) aplicado em construções rodoviárias em todo o mundo. Nesse método o solo é dividido em dois grandes grupos: materiais granulares e materiais silto-argilosos, onde a partir dessa divisão o solo é separado em subgrupos de acordo com sua granulometria. A partir dessas indicações, podemos avaliar a qualidade do solo, a fim de definir a viabilidade do terreno para o projeto a ser empregado, e no caso da engenharia civil determinar o método construtivo a ser adotado. 2. OBJETIVO O propósito desse trabalho é a caracterização de solo, a fim de avaliar as propriedades físicas das amostras retiradas no Centro Universitário Toledo (Unitoledo) situado no município de Araçatuba-SP, compreendendo o estacionamento dessa edificação, com a finalidade de avaliar as características locais para execução de pavimentação com revestimento de concreto intertravado maciço tipo paver, ilustrado na (figura 01). Figura 01: Revestimento de concreto tipo paver. Esse sistema é aplicado diretamente no solo, sendo empregado em calçadas, praças e áreas de estacionamento, oferecendo um excelente custo-benefício quando comparado aos métodos tradicionais de pavimentação. 3

4 3. METODOLOGIA As amostras de solo para análise do presente trabalho foram extraídas do estacionamento da instituição de ensino Unitoledo localizada na Rua: Antônio Afonso Toledo, 595 Araçatuba/SP no dia 18 de maio de As diretrizes de ensaio foram regidas pelas normas: NBR 6457/1986, NBR 7181/1984, NBR 7180/1984 e NBR 6459/1984, com os objetivos descritos na tabela 01: Tabela 01 Normas e seus objetivos NBR 6457/1986 NBR 7181/1984 NBR 7180/1984 NBR 6459/1984 Esta Norma prescreve o método para a preparação de amostras de solos para os ensaios de compactação e de caracterização. Esta Norma prescreve o método para a análise granulométrica de solos, realizada por peneiramento ou por uma combinação de sedimentação e peneiramento. Esta Norma prescreve o método para a determinação do limite de plasticidade e para o cálculo do índice de plasticidade dos solos. Esta Norma prescreve o método para a determinação do limite de liquidez dos solos. Neste estudo de caso foram realizados todos os processos, desde a coleta das amostras até a análise dos resultados dos ensaios conforme as etapas subsequentes: Coleta das amostras de solo; Armazenamento do material; Preparação das amostras; Ensaios de caracterização do solo; Análise dos resultados; Conclusão. Os exemplares de solo foram retirados a partir de uma faixa de 100 cm de largura por 100 cm de comprimento, sendo os primeiros 20 cm de solo desprezados. Essa escavação foi realizada através de golpes de enxadão, onde a partir desse ponto foi retirada uma porção de solo com aproximadamente 2,0 Kg a qual foi armazenada em recipiente fechado e devidamente identificado para realização de futuros ensaios. 4

5 3.1 ENSAIO DE LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) O ensaio de limite de liquidez (LL) foi realizado com o aparelho de Casagrande que consiste numa concha de latão afixado em suporte especial (figura 02). Além dele foram utilizados: balança de precisão, estufa térmica, placa de vidro esmerilhada, cinzel, recipiente, espátula de lâmina flexível, pinça e água destilada. Todos os processos executados foram regrados pela NBR 6459/1984 e NBR 6457/1986. Figura 02: Aparelho de Casagrande. Fonte: (Site SOLOTEST, 2017). Primeiramente a amostra de solo foi limitada às partículas passantes na peneira 40 (0,42 mm) conforme figura 03. Figura 03: Preparação da amostra. 5

6 Após o peneiramento da amostra, acrescentou-se água destilada com o intuito de homogeneizar a porção de solo. Esse processo foi facilitado com a utilização da espátula flexível. Posteriormente o aparelho de Casagrande foi calibrado com auxílio do gabarito verificador, regulando a altura de queda da concha a 10 mm. Com o aparelho regulado acrescentou-se à mistura pastosa de solo no prato do aparelho. Essa amostra preencheu aproximadamente 2/3 da superfície metálica. A sequência das etapas segue ilustrada na figura 04. Figura 04: Homogeneização do solo com água e inserção do solo na concha do aparelho Casagrande. Em seguida, realizou-se uma ranhura na amostra com auxílio do cinzel. Tal processo foi executado no eixo de simetria da concha do aparelho como podemos observar na figura 05. Figura 05: Vinco no solo no eixo de simetria do prato. 6

7 Golpeou-se a concha contra a base do aparelho, rotacionando a manivela do sistema, em uma velocidade de duas voltas por segundo, conforme orientado pela NBR 6459/1984. O término dos golpes ocorreu quando as bordas da ranhura se uniram ao longo de 13 mm de comprimento, em seguida retirou-se do ponto onde o solo se uniu uma quantia de amostra para determinação do teor de umidade. A amostra recém-retirada foi armazenada em recipiente adequado e pesado na balança de precisão. A unidade pesada foi levada para estufa de secagem com temperatura pré-aquecida de 105 C a 110 C até o ponto de secagem. Após a saída da estufa pesou-se novamente o recipiente, a fim de comparar a diferença de massa da amostra úmida com a seca, determinando-se assim a quantidade de água existente na amostra e por fim o teor de umidade que é obtido por massa de solo seco. Com diferentes teores de umidade aplicados ao solo, ou seja, com diferentes quantidades de água acrescidas à amostra de solo, o teor de umidade é obtido pela seguinte equação: W = ( m t m s m s ) 100 Onde pela diferença entre a massa total de solo úmido (mt) e a massa do solo seco (ms) dividido pela massa do solo seco (ms) encontra-se o teor de umidade (W). Esse procedimento de ensaio é realizado por pelo menos cinco vezes, variando-se o teor de umidade do solo em análise. Com os resultados é traçado um gráfico relacionando o teor de umidade com o número de golpes, a partir do mesmo, obtém-se o limite de liquidez, que é o teor de umidade, estabelecido pela a quantidade correspondente a 25 golpes, conforme NBR 6459/1984, no item ENSAIO DE LIMITE DE PLASTICIDADE (LP) Para o ensaio de limite de plasticidade (LP) foram utilizados: balança de precisão, estufa térmica, placa de vidro esmerilhada, cinzel, recipiente de porcelana, espátula de lâmina flexível e água destilada. Todos os processos executados foram regrados segundo as NBR 7180/1984 e NBR 6457/

8 O ensaio iniciou-se com a retirada de aproximadamente 10 g de solo peneirado na peneira com malha nº 40 e homogeneizado com água destilada, conforme as descrições da NBR 6457/1986. Amassou-se a porção de solo com a palma da mão até a formação de uma pequena bola, logo em seguida rolou-se a mesma na placa de vidro esmerilhada até a formação de um cilindro com diâmetro de 3,00 mm. Nessa etapa, utilizou-se um cilindro de metal como modelo comparativo. A figura 06 retrata o momento quando a porção de solo ganhou a dimensão esperada e fissurou. Figura 06: Cilindro de solo. As amostras cilíndricas que se fissuram antes de chegar à medida esperada de 3,00 mm foram devolvidas à cápsula de porcelana e com adição de água por cerca de 3 minutos com o auxílio de espátula flexível. Já a amostra que alcançou a medida esperada e se fissurou, foi imediatamente transferida para a cápsula de metal para pesagem. As sequências das etapas transcritas estão demonstradas nas imagens apresentadas na figura 07. Figura 07: Fissuramento do cilindro de solo. 8

9 Após a pesagem das amostras, as mesmas foram levadas para estufa (figura 08) com temperatura pré-aquecida de 105 C a 110 C até seu ponto de secagem. Os recipientes, cápsulas recém-retiradas da estufa foram levadas à balança de precisão para pesagem. Figura 08: Amostras do solo na estufa. Com os resultados determinados, obtivemos o teor de umidade pela equação do teor de umidade. O procedimento de ensaio foi realizado três vezes, tendo como resultado o limite de plasticidade que consiste na resultante da média aritmética dos valores de teor de umidade obtidos. A partir dos limites encontrados, calcula-se o índice de plasticidade pela equação: IP = LL LP Onde a diferença entre o limite de liquidez (LL) e o limite de plasticidade (LP) gera o índice de plasticidade (IP) valor expresso em porcentagem. 3.3 ENSAIO DE GRANULOMETRIA CONJUNTA O ensaio de granulometria descrito na NBR 7181/1984 consiste na separação granulométrica do solo com uso de peneiras padronizadas, tendo como objetivo principal representar a distribuição granulométrica por meio da curva granulométrica resultante do ensaio. Já o ensaio de sedimentação avalia a velocidade de queda das partículas do solo em meio líquido, correlacionando a velocidade de queda com o seu diâmetro. 9

10 No solo em questão, utilizou-se o método combinatório que alia os dois modelos de ensaio de caracterização. Sendo assim, foram utilizados os seguintes equipamentos: Estufa capaz de manter a temperatura entre 105 C e 110 C; Balança de precisão; Aparelho de dispersão; Recipientes de armazenagem; Almofariz e mão de gral; Béquer de vidro; Proveta; Conjunto de peneiras: nº 4, nº 10, nº 20, nº 40, nº 60, nº100, nº 140, nº 200. Agitador mecânico de peneiras; Densímetro graduado de bulbo simétrico; Termômetro graduado; Cronômetro; Escova com cerdas metálicas. A amostra para o ensaio foi seca em ambiente natural, os torrões de solo foram desmanchados com auxílio da mão de gral e almofariz, tal processo é chamado de destorroamento. Em seguida foram utilizados 150 g da amostra de solo para o ensaio de determinação da umidade. Este ensaio consiste na comparação do peso do solo em condições ambientes, com o peso solo seco em estufa, no intuito de conhecer a umidade real do solo. Para este experimento foram seguidas as seguintes etapas: pesagem do recipiente para anotação da tara, pesagem do recipiente com solo em condições ambientes, secagem da amostra em estufa, pesagem da amostra após secagem em estufa. Os resultados obtidos foram anotados e tabelados ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO E PENEIRAMENTO Após a determinação da umidade iniciou-se os processos para ensaio de sedimentação, sendo utilizados 120 g de solo passado na peneira nº 10 (2,0 mm) e 10

11 transferidos para o bécker. Na sequência, adicionou-se a solução de hexametafosfato de sódio com concentração de 45,7 g de sal por litro de solução (figura 09), agitou-se o bécker até o material ficar totalmente homogeneizado, em seguida o recipiente com a solução ficou em repouso por 12 horas. Figura 09: Solução de hexametafosfato de sódio. Passadas às 12 horas colocou-se a mistura do bécker no copo do aparelho de dispersão, removendo com água destilada todo material aderido ao bécker, adicionou mais água destilada com objetivo de nivelar o conteúdo do copo a 5,00 cm abaixo da borda. Essa amostra ficou misturando no dispersor por 10 minutos (figura 10). Figura 10: Aparelho dispersor. Fonte: Autor 11

12 Em seguida transferiu-se o conteúdo do copo do aparelho dispersor para a proveta, removendo todo o resquício de solo com água destilada e completando até atingir o traço de 1000 ml. A proveta foi agitada tampando a boca com as mãos e movimentando energicamente para os lados por 1 minuto. Após o término da agitação anotou-se a hora exata do início da sedimentação e mergulhou-se cuidadosamente o densímetro na dispersão. As leituras do densímetro correspondem aos tempos de sedimentação e foram realizadas há 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60 e 120 minutos. A cada leitura também se anotou a temperatura da amostra. Com o término das leituras do densímetro, despejou-se o conteúdo da proveta na peneira nº 200 (0,075 mm) com água potável, removeu-se o excesso de material aderido à proveta com água destilada e na sequência a amostra foi levada para secagem na estufa a 105 C e 110 C. Após o material seco levou-se para peneiramento no agitador de peneiras (figura 11). As numerações de peneiras utilizadas foram: nº 10 (2,00 mm), 20 (0,80 mm), 40 (0,42 mm), 60 (0,25 mm), 100 (0,150 mm), 140 (0,104 mm), 200 (0,075 mm). Figura 11: Peneiras instaladas no agitador. Após a inserção do solo na peneira, ligou-se o agitador por 10 minutos a uma frequência de 7 Hz. Passado esse tempo, retirou-se as peneiras e pesou-se o solo retido em cada uma delas. 12

13 4. RESULTADOS Com os dados adquiridos nos ensaios de caracterização, obtivemos os resultados finais por meio de equações e gráficos apresentados a seguir. 4.1 RESULTADOS DOS ESNSAIOS DE LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) Para os ensaios de limite de liquidez (LL) atingimos os valores apresentados na (tabela 02) e no gráfico de limite de liquidez (figura 12), onde obtivemos o valor de 18,20% para o limite de liquidez (LL), sendo este o teor de umidade correspondente a 25 golpes. Tabela 02 Demonstração dos resultados obtidos no ensaio Numeração da cápsula P01 P02 P03 P04 P05 Peso total úmido com tara (g) 26,10 28,19 29,09 26,09 30,23 Peso total seco com tara (g) 24,35 26,15 26,80 24,04 27,13 Água (g) 1,75 2,04 2,29 2,05 3,10 Solo (g) 10,56 11,79 12,76 10,58 14,91 Tara (g) 13,79 14,36 14,04 13,46 12,22 Umidade % 16,6 17,3 17,9 19,4 20,8 Número de golpes Figura 12: Gráfico de limite de liquidez. 13

14 4.2 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE LIMITE DE PLASTICIDADE (LP) No cálculo do limite de plasticidade (LP) foram alcançados os valores de 11,1% (P01), 11,4% (P02) e 10,5% (P03), (tabela 03). A média dos três valores foi de 11,00%, representando o limite de plasticidade (LP). O índice de plasticidade obtido por meio de equação foi de 7,20%. Tabela 03 Demonstração dos resultados obtidos no ensaio Numeração da cápsula P01 P02 P03 Peso total úmido com tara (g) 18,04 16,48 16,51 Peso total seco com tara (g) 17,72 16,25 16,24 Água (g) 0,32 0,23 0,27 Solo (g) 2,87 2,01 2,57 Tara (g) 14,85 14,24 13,67 Umidade % 11,10 11,40 10,5 4.3 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE GRANULOMETRIA CONJUNTA Nos ensaios de granulometria conjunta obtiveram-se os valores demonstrados na tabela 04, resultados do ensaio de sedimentação e na tabela 05, resultados do ensaio de peneiramento. A partir destes dados, gerou-se o gráfico da curva granulométrica do solo (figura 13). Temp. ( C) Tempo (min.) Tabela 04 Anotação dos resultados do ensaio de sedimentação Leitura Correção Leitura Corrigida Viscosidade µ x (10^4) pw (g/cm³) Alt. de queda (cm) Diâmetro (mm) Porcent. (%) 0,00 0,075 39, ,0-2,9 12,10 8,92 0, ,7 0, , ,5-2,9 9,60 8,92 0, ,1 0, , ,1-2,9 8,20 8,92 0, ,4 0, , ,7-2,9 7,80 8,92 0, ,4 0, , ,4-2,9 7,50 8,92 0, ,5 0, , ,1-2,9 7,20 8,92 0, ,6 0, , ,8-2,9 6,90 8,92 0, ,6 0, , ,4-2,9 6,50 8,92 0, ,7 0, ,5 14

15 Tabela 05 Anotação dos resultados do ensaio de peneiramento Sequência de Diâmetro Massa retida Porcentagem peneiras Ø (mm) % < Ø 10 2,0 0,24 99, ,800 1,40 98, ,420 4,18 95, ,250 7,95 90, ,150 18,30 79, ,104 34,94 60, ,075 53,69 39,60 Figura13: Gráfico da curva granulométrica do solo em análise. 4.4 CLASSIFICAÇÃO DO SOLO PELO MÉTODO HRB Na classificação pelo método HRB o solo analisado é agrupado nos solos siltosos e argilosos, já que mais de 35% do solo é passante da peneira nº 200 e portanto, enquadrado no subgrupo A-4 (tabela 06). Onde 39,60% do solo passou na peneira nº 200 (valor mín. 36%), o limite de liquidez (LL) de 18,20% (valor máx. 40%) e o índice de plasticidade (IP) 7,20% (valor máx. 10%) e o índice de grupo (IG) determinado pela equação: IG = 0,2 a + 0,005 a c + 0,01 b d Onde: a = % do material que passa na peneira de nº 200, menos 35, caso esta % for >75, adota-se a = 40; caso esta % seja < 35, adota-se a = 0; 15

16 b = % do material que passa na peneira de nº 200, menos 15, caso esta % for >55, adota-se b = 40; caso esta % seja < 15, adota-se b = 0; c = valor de limite de liquidez (LL) menos 40, caso o LL > 60%, adota-se c = 20; se o LL < 40%, adota-se c = 0; d = valor de índice de plasticidade (IP) menos 10, caso o IP > 30%, adota-se d = 20; se o IP < 10%, adota-se d = 0. No solo em questão o valor de a = 0,0 (39,60-35,00 = 4,60%, sendo < 35%), b = 24,60 (39,60 15,00 = 24,60), c = 0 (LL = 18,20%, sendo < 40%) e d = 0 (IP = 7,20%, sendo < 10%), resultando o valor de IG = 0,00. Tabela 06 Classificação dos solos HRB Fonte: Manual de Pavimentação (2006). 5. DISCUSSÕES E CONCLUSÃO Analisando-se os resultados apresentados na tabela 06, conclui-se que o solo é siltoso, fraco e pobre, tendo portanto, um comportamento geral ruim para o subleito (terreno onde será apoiado todo a pavimentação). Esse tipo de solo é precário quanto ao inchamento devido às chuvas. O índice de plasticidade calculado indica um solo com plasticidade média, sendo que o mesmo procura medir a plasticidade, e fisicamente, representa a quantidade de água necessária a acrescentar ao solo para esse passar do estado plástico para o líquido. Dessa forma, seria interessante que, para a proposta de pavimentação em paver do terreno avaliado seja feito um ensaio de Índice de Suporte Califórnia CBR, além dos 16

17 ensaios de caracterização do solo, com a finalidade de avaliar a necessidade de reforço do subleito. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR Amostras de solo - Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro: ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459 Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro: ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6502 Rochas e solos. Rio de Janeiro: ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7180 Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro: ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7181 Análise granulométrica. Rio de Janeiro: ABNT, CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, DENIT. Manual de pavimentação. 3. ed. Rio de Janeiro, Disponível em: < pdf >. Acesso em 04 set LEPESH, I. F. Formação e conservação dos solos. 2. ed. São Paulo: Oficina dos textos, SITE SOLOTEST.COM.BR. Aparelho de Casagrande. Disponível em: < Acesso em 04 set