UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL EMPREGO DA ENERGIA INTERMODIFICADA EM CAMADAS GRANULARES DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS NATHÁLIA MONTEIRO DANTAS MOSSORÓ 2014

2 NATHÁLIA MONTEIRO DANTAS EMPREGO DA ENERGIA INTERMODIFICADA EM CAMADAS GRANULARES DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS Monografia apresentada à Universidade Federal Rural do Semiárido UFERSA, Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas DCAT como parte dos requisitos para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Me. Bruno Tiago Angelo da Silva UFERSA MOSSORÓ 2014

3 O conteúdo desta obra é de inteira responsabilidade de seus autores Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Biblioteca Central Orlando Teixeira (BCOT) Setor de Informação e Referência D192e Dantas, Nathália Monteiro. Emprego da energia intermodificada em camadas granulares de pavimentos flexíveis / Nathália Monteiro Dantas - - Mossoró, f.: il. Orientador: Prof. Dr. Bruno Tiago Angelo da Silva. Monografia (Graduação em Engenharia Civil) Universidade Federal Rural do Semi-Árido. Pró-Reitoria de Graduação. 1. Engenharia de estradas. 2. Energia intermodificada. 3. Energias de compactação. 4. Pavimentos flexíveis. I. Título. RN/UFERSA/BCOT/ CDD: Bibliotecária: Vanessa Christiane Alves de Souza Borba CRB-15/452

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5 DEDICATÓRIA Gleide Dantas Monteiro (In memorian) Gilson Dantas Monteiro (In memorian) A minha família, pelo apoio e carinho oferecidos em todos momentos da minha vida e principalmente neste.

6 AGRADECIMENTO Primeiro à Deus, pois pela fé que despejo Nele pude concluir essa etapa da minha vida. Por estar comigo em todos os momentos da minha vida. Aos meus pais, José Edilson Dantas e Girlene Monteiro Dantas, pela educação, por todo amor e dedicação que sempre me deram, por todos os momentos que estiveram ao meu lado, me apoiando e não me deixando desistir dos meus sonhos e desejos. À minha avó, Emília, a minha irmã, Marina, e as minhas tias, Geruza, Gecilda, Ana Lúcia e Francisca Gessé, que estiveram presente em todas as situações, me incentivando para elaboração desse trabalho. Em especial, o professor orientador Me. Bruno Tiago Angelo da Silva, pela dedicação, paciência e orientação competente; Aos meus amigos e colegas de faculdade que tanto contribuíram para a realização deste trabalho, em especial: Ana Tália, Iasmyn, Eda, Sumaya, Márcia, Savanna, Felipe, Filho. À equipe do laboratório da Lino Construções (na pessoa de Theo) pela ajuda concedida nos ensaios. Ao técnico de Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação UFERSA Marcello Padre por auxiliar os ensaios laboratoriais. E a todos que de forma direta ou indireta contribuíram para o desempenho deste trabalho.

7 RESUMO Atualmente, o uso da energia intermodificada vem sendo muito discutido no meio técnico rodoviário, no que diz respeito à eficácia de sua aplicação para determinados tipos de materiais. Tendo em vista essa realidade, o objetivo principal do estudo é verificar a variação de uma das propriedades tecnológicas de interesse à pavimentação. Neste contexto, o presente trabalho visa contribuir para o conhecimento mais detalhado dos tipos de energias de compactação a ser utilizada, através de um estudo comparativo em laboratório, será analisado o desempenho das energias intermediária e intermodificada, onde terá um comparação da resistência de cada energia em estudo, visando à realização dos ensaios de caracterização, granulometria, compactação e CBR. As informações obtidas em laboratórios são bastante úteis para o projeto de pavimentos e para a estimativa de seu desempenho, no decorrer de toda a vida útil da via. Os resultados obtidos nas investigações de laboratório mostraram que os valores de CBR aumentaram de forma significativa com o acréscimo da energia de compactação, bem como a mudança de energia possibilitou a utilização do mesmo material para diferente tipo de via. Palavras-chave: Energias de compactação. Energia intermodificada. Dimensionamento.

8 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Esquema para a classificação do solo pelo Sistema Rodoviário Tabela 2 - Características inerentes de cada energia Tabela 3 - Parâmetros utilizados nos ensaios de compactação do DNER Tabela 4 - Parâmetros do ensaio de compactação especificados pelo DERT/CE com o uso da Energia Intermodificada Tabela 5 Espessura mínima de revestimento betuminoso Tabela 6 Coeficiente de equivalência estrutural... 51

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Terminologia do Sistema Unificado Figura 2 Carta de plasticidade Figura 3 Perfil de solo residual de decomposição de gnaisse Figura 4 Densidade seca X Teor de água Figura 5 Localização da área onde foram coletadas as amostras de solo Figura 6 - Quarteamento do solo Figura 7 - Análise granulométrica do solo Figura 8 Ensaio de limite de plasticidade do solo Figura 9 Moldes imersos no tanque com água Figura 10 Localização geográfica da jazida Figura 11 Quarteamento do agregado granítico Figura 12 Crivos circulares, peneiras 19mm; 16mm; 12,7mm; 9,5mm Figura 13 Crivos circulares e crivos redutores, respectivamente Figura 14 Equipamento Abrasão Los Angeles Figura 15 Composição da mistura Figura 16 Amostra do ensaio de compactação da mistura Figura 17 Rompimento do CBR Figura 18 Dimensionamento do pavimento flexível para a energia intermediária Figura 19 Dimensionamento do pavimento flexível para a energia intermodificada... 55

10 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 Curva granulométrica do solo Gráfico 2 Curva de compactação do solo na energia intermediária Gráfico 3 Curva de compactação do solo na energia intermodificada Gráfico 4 Curva granulométrica do agregado Gráfico 5 Granulometria da mistura Gráfico 6 Curvas de compactação da mistura, da energia intermediária e intermodificada. 48 Gráfico 7 Espessura total do pavimento, em função de N e de IS ou CBR, em termos de material com k = 1,00, isto é, em termos de base granular

11 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas CBR - California debearing Ratio / Índice de Suporte Califórnia CP - Corpo de prova DERT/CE - Departamento de Edificações, Rodovias e Transportes do Estado do Ceará DNER - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT - Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes IP - Índice de Plasticidade LL - Limite de Liquidez LP - Limite de Plasticidade ME - Método de Ensaio NBR - Norma Brasileira Registrada PUC - Pontifícia Universidade Católica UFC - Universidade Federal do Ceará UFERSA - Universidade Federal Rural do Semi-Árido UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro USP - Universidade de São Paulo

12 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS REVISÃO DE LITERATURA CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS Sistema Unificado de Classificação Sistema Rodoviário de Classificação Classificações regionais Classificação dos solos pela origem ESTABILIZAÇÃO DO SOLO Estabilização Física Estabilização Química Estabilização Mecânica ENERGIAS DE COMPACTAÇÃO MATERIAIS E MÉTODOS CARACTERIZAÇÃO DO SOLO Preparação da amostra Análise Granulométrica Limites de Atterberg Ensaio de compactação do solo Índice de Suporte Califórnia CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO Preparação da amostra Ensaio de Granulometria Índice de forma Resistência à Abrasão CARACTERIZAÇÃO DA MISTURA Análise granulométrica... 39

13 4.3.2 Compactação da mistura CBR RESULTADOS E DISCUSSÕES CARACTERIZAÇÃO DO SOLO Análise granulométrica Limite de Atteberg Compactação do solo Índice de Suporte Califórnia CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO GRAN ÍTICO Análise granulométrica Determinação do Índice de forma Determinação da Abrasão Los Angeles CARACTERIZAÇÃO DA MISTURA Análise granulométrica da mistura Compactação da mistura Índice de Suporte California DIMENSIONAMENTO ENERGIA INTERMEDIÁRIA ENERGIA INTERMODIFICADA CONCLUSÕES REFERÊNCIAS... 57

14 13 1 INTRODUÇÃO O ramo da construção civil, no Brasil, mostrou significativas mudanças em seus sistemas e práticas, nos últimos anos. Em se tratando da pavimentação há uma necessidade de medidas emergenciais para restauração de pavimentos existentes e construção de outros novos. No entanto, o melhoramento das vias é muito dificultado, necessitando assim de alternativas mais baratas e que visem à racionalização dos materiais empregados na construção das rodovias. A crescente escassez de materiais granulares que possam ser usados na pavimentação, acaba por encarecer os custos de implantação de uma rodovia. Uma das alternativas para viabilizar a construção e melhoria de rodovias é tentar melhorar o comportamento dos solos locais através de estabilização mecânica, por meio da energia de compactação a ser aplicada. Para Guilherme (2014) o pavimento rodoviário classifica-se tradicionalmente em dois tipos básicos: rígidos e flexíveis. Há uma tendência de usar-se a nomenclatura pavimentos de concreto de cimento Portland (ou simplesmente concreto-cimento) e pavimentos asfálticos, respectivamente, para indicar o tipo de revestimento do pavimento. Os pavimentos flexíveis, associados aos pavimentos asfálticos, são compostos por camada superficial asfáltica (revestimento), camadas de base e de sub-base apoiadas sobre o subleito, que é a plataforma da estrada, formada após os cortes e aterros (BATISTA, 1974). Essas camadas são, via de regra, constituídas por materiais granulares, solos ou misturas de solo/agregado, sendo os agregados classificados como natural, artificial ou reciclado. As energias de compactação usualmente utilizadas no Brasil geralmente seguem as especificações do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER) para obras de pavimentação rodoviária. A norma técnica DNER-ME 129/94 estabelece as energias de compactação normal, intermediária e modificada para se determinar a correlação entre o teor de umidade e a massa específica aparente do solo seco. Souza Júnior (2005) cita que no Estado do Ceará existe uma prática, nas obras de construção rodoviária, na qual se aplicar uma energia de compactação diferente das energias estabelecidas pelas normas do DNER. Esta energia, denominada intermodificada, é obtida através da aplicação de 39 golpes por camada compactada no Cilindro Califórnia. Esta prática, quase sempre aplicada para camadas de base de pavimentos, tem sido decorrente da dificuldade de se conseguir materiais que satisfaçam às condições geotécnicas exigidas pelas normas do DNER, quando compactados na energia intermediária, bem como pelo fator

15 14 econômico associado à execução das obras. É importante se conhecer até que ponto é possível se tirar proveito da quantidade de energia aplicada na compactação dos materiais utilizados em pavimentação. Osei et al (2000) comenta que uma considerável parcela da energia de compactação adicional utilizada para se obter maiores densidades e, consequentemente, melhorar as características geotécnicas do solo, pode ser desperdiçada mais em degradar o material do que em comprimi-lo. Neste contexto, espera-se que o trabalho possa servir como ferramenta inicial para a escolha do tipo de energia de compactação que deve ser utilizada para o dimensionamento de pavimentos flexíveis, tendo como foco emprego da energia de compactação intermodificada nas camadas granulares do solo.

16 15 2 OBJETIVOS Os objetivos do presente trabalho são especificados a seguir. 2.1 OBJETIVO GERAL O objetivo geral deste trabalho foi avaliar o efeito de algumas das propriedades geotécnicas de interesse à pavimentação em função das energias de compactação intermediária e intermodificada. Visando a análise da eficiência da energia intermodificada ao ser comparada com a energia intermediária. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Os objetivos específicos deste estudo foi a verificação da variação de algumas das propriedades tecnológicas de interesse à pavimentação, em função da energia de compactação intermediária, intermodificada, como: i) Pesquisar, em bibliografia técnica correlata, sobre o emprego da energia intermodificada em camadas dos pavimentos flexíveis; ii) iii) iv) Caraterização do material utilizado: solo e brita; Realizar ensaios laboratoriais, como: análise granulométrica, limites de Atterberg, compactação do solo, índice de forma, resistência a abrasão, CBR; Análisar os dados obtidos nos ensaios; v) Dimensionar um pavimento flexível com as energias em estudo, intermediária e intermodificada.

17 16 3 REVISÃO DE LITERATURA A revisão da literatura técnica é apresentada, a seguir, em três partes principais: considerações gerais sobre classificação de solos, considerações básicas sobre estabilidade mecânica e considerações sobre as energias de compactação. 3.1 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS Segundo Pinto (2006) a diversidade e a diferença de comportamento dos diversos solos perante as solicitações de interesse da Engenharia levou ao seu natural agrupamento em conjuntos distintos, aos quais podem ser atribuídas algumas propriedades. Dessa tendência racional de organização da experiência acumulada, surgiram os sistemas de classificação dos solos. O objetivo da classificação dos solos, sob o ponto de vista da engenharia é poder estimar o provável comportamento do solo ou, pelo menos, orientar o programa de investigação necessário para permitir a adequada análise de um problema. (PINTO, 2006) Os solos diferentes com propriedades similares podem ser classificados em grupos e subgrupos de acordo com seu comportamento do ponto de vista da engenharia. (DAS, 2011) Existem diversas formas de classificar os solos, como pela sua origem pela sua evolução, pela presença ou não de matéria orgânica, pela estrutura, pelo preenchimento dos vazios. (PINTO, 2006) De acordo com Das (2011) hoje, dois sistemas de classificação são normalmente utilizados pelo engenheiro de solos. Ambos os sistemas levam em consideração a distribuição granulométrica e os limites de Atterberg. Eles são o Sistema Unificado de Classificação dos Solos e o Sistema Rodoviário de Classificação Sistema Unificado de Classificação A forma original desse sistema foi proposta por Casagrande em 1942 para uso nos trabalhos de construção de aeroportos sob responsabilidade do Army Corps of Engineers durante a Segunda Guerra Mundial. Em cooperação com o U.S. Bureau of Reclamation, esse sistema foi revisto em Atualmente, é utilizado amplamente por engenheiros. (DAS, 2011) Nesse sistema, todos os solos são identificados pelo conjunto de duas letras, como apresentado na Figura 1. As cinco letras superiores indicam o tipo principal do solo e as quatro seguintes correspondem a dados complementares dos solos. Assim, SW corresponde a

18 17 areia bem-graduada e CH, a argila de alta compressibilidade. Figura 1 Terminologia do Sistema Unificado Fonte: Pinto (2006) Para a classificação por esse sistema, o primeiro aspecto a considerar é a porcentagem de finos presente no solo, considerando-se finos o material que passa pela peneira n 200 (0,075mm). Se a porcentagem passante for inferior a 50, o solo será considerado como solo de granulação grosseira, G ou S. Se for superior a 50, o solo será considerado de granulação fina, M, C ou O. (PINTO, 2006) SOLOS GRANULARES De acordo com Pinto (2006) sendo de granulação grosseira, o solo será classificado como pedregulho ou areia, dependendo de qual destas duas frações granulométricas predominar. Por exemplo, se o solo tem 30% de pedregulho, 40% de areia e 30% de finos, ele será classificado como areia S. Identificado que um solo é areia ou pedregulho, importa conhecer sua característica secundária. Se o material tiver poucos finos, menos do que 5% passando na peneira n 200, deve-se verificar como é a sua composição granulométrica. Os solos granulares podem ser bem graduados ou mal graduados (PINTO, 2006). A expressão bem-graduado expressa o fato de que a existência de grãos com diversos diâmetros confere ao solo, em geral, melhor comportamento sob o ponto de vista da engenharia. As partículas menores ocupam os vazios correspondentes às maiores, criando um

19 18 entrosamento, do qual resulta menor compressibilidade e maior resistência. (DAS, 2011) SOLO DE GRANULAÇÃO FINA (SILTE E AREIA) Quando a fração fina do solo é predominante, ele será classificado como silte (M), argila (C) ou solo orgânico (O), não em função da porcentagem das frações granulométricas silte ou argila, pois, o que determina o comportamento argiloso do solo não é só o teor de argila, mas também a sua atividade. São os índices de consistência que melhor indicam o comportamento argiloso. (DAS, 2011) Segundo Pinto (2006) ao analisar os índices e o comportamento de solos, Casagrande notou que, ao colocar o IP do solo em função do LL num gráfico, como apresentado na Figura 2, os solos de comportamento argiloso se faziam representar por um ponto acima da reta inclinada, denominada Linha A. Solos orgânicos, ainda que argilosos, e solos siltosos são representados por pontos localizados abaixo da Linha A. A Linha A tem como equação a reta: que, no seu trecho inicial, é substituída por uma faixa horizontal correspondente a IP de 4 a 7. Figura 2 Carta de plasticidade Fonte: Pinto (2006) Para a classificação desses solos, basta a localização do ponto correspondente ao par de valores IP e LL, na Carta de Plasticidade. Uma característica complementar dos solos finos é sua compressibilidade. Os solos costumam ser tanto mais compressíveis quanto maior seu Limite de

20 19 Liquidez. Assim, o Sistema classifica-se secundariamente como de alta compressibilidade (H) ou de baixa compressibilidade (L) em função do LL ser superior ou inferior a 50, respectivamente. Quando se trata de obter a característica secundaria de areia e pedregulho, esse aspecto é desconsiderado. (PINTO, 2006) Sistema Rodoviário de Classificação Este sistema é muito empregado na engenharia rodoviária em todo o mundo, foi originalmente proposto nos Estados Unidos. É também baseado na granulometria e nos limites de Atterberg. (DAS, 2011) Segundo Pinto (2006) esse sistema, também se inicia a classificação pela constatação da porcentagem de material que passa na peneira n 200, só que são considerados solos de granulação grosseira os que têm menos de 35% passando nesta peneira, e não 50% como na Classificação Unificada. Esses são solos dos grupos A-1, A-2 e A-3. Os solos com mais de 35% que passam pela peneira n 200 formam os grupos A-4, A-5, A-6 e A-7. Os solos grossos são subdividos em: A-1a Solos grossos, com menos de 50% passando na peneira n 10 (2 mm), menos de 30% passando na peneira n 40 (0,42 mm) e menos de 15% passando na peneira n 200. O IP dos finos deve ser menor do que 6. Correspondem, aproximadamente, aos pedregulhos bem-graduados, GW, do Sistema Unificado. A-1b Solos grossos, com meno de 50% passando na peneira n 40 e menos de 25% na peneira n 200, também com IP menor que 6. Corresponde à areia bem graduada, SW. A-2 São areias em que os finos presentes constituem a característica secundária. São subdivididos em A-2-4, A-2-5, A-2-6 e A-2-7, em função dos índices de consistência. A-3 Areias finas, com mais de 50% passando na peneira n 40 e menos de 10% passando na peneira n 200. São, portanto, areias finas mal-graduadas, com IP nulo.

21 20 Tabela 1 Esquema para a classificação do solo pelo Sistema Rodoviário Fonte: Pinto (2006) Classificações regionais De acordo com Pinto (2006) no Brasil, o Sistema Rodoviário é bastante empregado pelos engenheiros rodoviários e o Sistema Unificado é sempre preferido pelos engenheiros barrageiros. Os engenheiros de fundações não empregam diretamente nenhum desses sistemas. As discrepâncias entre as classificações clássicas e o comportamento observado de alguns solos nacionais se deve, certamente, ao fato de serem frequentemente solos residuais ou solos lateríticos, para os quais os índices de consistências não podem ser interpretados da mesma maneira como para os solos transportados, de ocorrência nos países de clima temperado, onde os sistemas vistos foram elaborados. (PINTO, 2006) Pinto (2006) cita uma outra proposta de sistema de classificação dos solos tropicais.

22 21 Neste sistema, os solos são classificados primariamente em areias, siltes e argilas, e secundariamente em lateríticos e saprolíticos. Essa classificação não emprega os índices de consistência, mas parâmetros obtidos em ensaios de compactação com energias diferentes Classificação dos solos pela origem A classificação dos solos pela origem é um complemento importante para o conhecimento das ocorrências e para a transmissão de conhecimentos acumulados. Algumas vezes, a indicação da origem do solo é tão ou mais útil do que a classificação sob o ponto de vista da constituição física. (PINTO, 2006) Segundo Pinto (2006), os solos podem ser classificados em dois grandes grupos: solos residuais e solos transportados, a saber: a) Solos residuais: são aqueles de decomposição das rochas que se encontram no próprio local em que se formaram. Para que eles ocorram, é necessário que a velocidade de decomposição da rocha seja maior do que a velocidade de remoção por agentes externos. A velocidade de decomposição depende de vários fatores, entre os quais a temperatura, o regime de chuvas e a vegetação. As condições existentes nas regiões tropicais são favoráveis a degradação mais rápida da rocha, razão pela qual as maiores ocorrências de solos residuais situam-se nessas regiões, entre elas o Brasil. Esses solos apresentam-se em horizontes com grau de intemperização decrescente. A Figura 3 mostra as camadas, cujas transições são gradativas. Em se tratando de solos residuais, é de grande interesse a indicação da rocha-mãe, pois ela condiciona, entre outras coisas, a própria composição física. Solos residuais de basalto são predominantemente argilosos, os de gnaisse são siltosos e os de granito apresentam teores aproximadamente iguais de areia média, silte e argila, etc. b) Solo residual maduro: superficial ou sotoposto a um horizonte poroso ou húmico, e que perdeu toda a estrutura original da rocha-mãe e tornou-se relativamente homogêneo. c) Saprolito ou solo saprolítico: solo que mantém a estrutura original da rocha-mãe, inclusive veios intrusivos, fissuras e xistosidade, mas perdeu a consistência da rocha. Visualmente pode confundir-se com uma rocha alterada, mas apresenta pequena resistência ao manuseio. É também chamado de solo residual jovem ou solo de alteração de rocha. d) Rocha alterada: horizonte em que a alteração progrediu ao longo de fraturas ou zonas de menor resistência, deixando intactos grandes blocos de rocha original. e) Solos transportados: são aqueles que foram levados ao seu atual local por algum agente de transporte. As características dos solos são função do agente transportador.

23 22 f) Solos coluvionares: são formados por ação da gravidade. Entre eles estão os escorregamentos das escarpas da Serra do Mar, formando os tálus nos pés do talude, massas de materiais muito diversos, sujeitos a movimentação de rastejo. São também classificados como coluviões os solos superficiais do planalto brasileiro depositados sobre solos residuais. g) Solos aluvionares: solos resultantes do carreamento pela água. Sua constituição depende da velocidade das águas no momento de deposição. Existem aluviões essencialmente arenosos, bem como aluviões muito argilosos, comuns nas várzeas quaternárias dos córregos e rios. Figura 3 Perfil de solo residual de decomposição de gnaisse Fonte: Pinto (2006, p.72) 3.2 ESTABILIZAÇÃO DO SOLO O solo natural é um material complexo e variável, porém devido à sua abundância e baixo custo oferece grandes oportunidades de emprego na engenharia. Entretanto, é comum que o solo de uma localidade não preencha parcial ou totalmente as exigências do engenheiro construtor. Assim, torna-se necessário escolher entre aceitar o material tal como ele é e desenvolver o projeto de forma a contemplar as limitações que o solo impõe; remover o material e substituí-lo por outro de melhor qualidade; ou alterar as propriedades do solo existente de modo a criar um novo material capaz de adequar-se de melhor forma as exigências do projeto (SANTOS, 2012).

24 23 Antes de ser aplicado às construções, o solo necessita passar por um processo de estabilização. Conforme explica Neves et al (2009), neste processo o solo melhora suas características, adquirindo assim as propriedades necessárias ao fim a que se destina. O adensamento, por compactação ou prensagem, a mistura com outros solos para melhorar suas características granulométricas (denominada estabilização granulométrica) e a adição de aglomerantes são tipos de estabilizações muito utilizadas. As duas principais razões para o emprego da estabilização são: melhorar a durabilidade sob ação da água e aumentar sua resistência às ações mecânicas. Segundo Pinto (2008), a estabilização do solo compreende todos os processos naturais e artificiais que objetivam melhorar características como resistência, durabilidade, e outras, bem como garantir a manutenção destas melhorias no tempo de vida útil das obras de engenharia. De acordo com Santos (2012) as propriedades de um solo podem ser alteradas por métodos mecânicos, físicos e/ou químicos. O tipo de estabilização escolhida depende das propriedades no estado natural, propriedades desejadas para o solo estabilizado e dos efeitos no solo após a estabilização Estabilização Física Segundo Carvalho (2011), neste tipo de estabilização as propriedades do solo são modificadas, alterando-se a sua textura. Os métodos físicos envolvem a mudança de temperatura, a hidratação (cimentação e endurecimento devido à hidratação de cimento portland), a evaporação (secagem de solos reforçados com betume emulsionado) e adsorção. (SANTOS, 2012) Este método consiste basicamente no emprego de um ou mais materiais, de modo a se enquadrarem dentro de uma determinada especificação, como, por exemplo, a correção granulométrica ou a adição de fibras (metálica, minerais, sintéticas ou vegetais). Desta combinação de materiais, surge um terceiro produto que agrega as propriedades de suas fases constituintes denominado de material compósito (SALES, 2006, apud PINTO, 2008). Neste trabalho, não foi utilizado este modo de estabilização no solo Estabilização Química De acordo com Santos (2012) a estabilização química dos solos refere-se ao procedimento no qual uma quantidade de material químico qualquer (aditivo) é adicionada ao solo natural, para melhorar uma ou mais de suas propriedades de engenharia. Os estabilizantes utilizados podem ser betumes, cimento Portland, cal, pozolanas, e outros.

25 24 O estabilizante çquímico mais utilizado é o cimento, sua ação no solo se dá precisamente da mesma maneira que no concreto. A reação com a água forma um gel coloidal cimentício insolúvel, capaz de dispersar-se e preencher os poros, endurecendo para formar uma matriz contínua de melhor resistência que envolve as partículas de solo ligando as juntas (SPENCE e COOK, 1983, apud PINTO, 2008). A estabilização química conduz a uma melhor resistência mecânica e menor permeabilidade, proporcionando uma maior durabilidade (SANTOS, 2012). Não foi utilizado este modo de estabilização no solo deste trabalho Estabilização Mecânica Os métodos mecânicos são aqueles que não se adicionam nenhum material estranho ao solo. Aumentam a densidade do solo, melhorando sua resistência mecânica e durabilidade. Envolvem a redução de volume de vazios in situ do solo através da energia imposta; preenchimento de vazios reduzindo os poros e inibindo a percolação da água e a erosão provocada por ela, aumentando a durabilidade; aumento da compacidade, tendo-se o acréscimo da resistência mecânica; drenagem e mantendo o conteúdo de água constante, a mistura de tipos de solos diferentes. (SANTOS, 2012) No entanto, a estabilização mecânica consiste em aplicar uma carga ao solo, compactando-o. De acordo com Spence e Cook (1983), a finalidade da compactação é elevar a densidade do solo, aumentando ao mesmo tempo a sua resistência. Para que a compactação atinja melhores resultados, solos que possuam grãos de variados tamanhos e com uma pequena quantidade de argila são preferíveis. Os autores afirmam ainda que as melhores técnicas de construção com solo são aquelas nas quais a compactação é utilizada, mas para resultados ainda melhores, tal técnica pode ser combinada com a adição de um aglutinante ou um impermeabilizante. Segundo Seed e Chan (1959, apud PINTO, 2008) a quantidade de água utilizada em um processo de compactação influencia diretamente na resistência e na durabilidade do solo. Eles estudaram a estrutura de formação do solo nos ramos seco e úmido da curva de compactação observando algumas diferenças entre os dois ramos que deram origem ao direcionamento do estudo efetuado nesta pesquisa. No ramo seco da curva, onde tem-se uma baixa quantidade de água, ocorre o favorecimento do arranjo floculado (não alinhado) das partículas de argila. Já no ramo úmido, conforme a quantidade de água é acrescida, o grau de alinhamento entre as partículas aumenta, denominando-se arranjo dispersivo. O carregamento efetuado durante a compactação pode gerar uma estabilização

26 25 mecânica de natureza dinâmica ou estática. Isto influencia na densidade seca e consequentemente no teor de umidade ótima (CARVALHO, 2011). Neste trabalho, foi-se utilizada a estabilização mecânica de natureza estática. A Figura 3 demonstra a variação da densidade seca máxima e da umidade ótima com o tipo de solo. Solos muito argilosos (Curva C) têm a tendência de possuir as menores densidades secas e as maiores umidades ótimas. No entanto, solos arenosos (Curva B) possuem maiores densidades secas e menores umidades ótimas. Para um mesmo solo, se a energia de compactação aumenta, a curva move-se de A para A, ou seja, a densidade seca aumenta, mantendo-se o valor da umidade ótima. Figura 4 Densidade seca X Teor de água Fonte: Carvalho (2011) 3.3 ENERGIAS DE COMPACTAÇÃO Neste item são mencionados os tipos de energias de compactação, de acordo com a Norma NBR-7182/86 na qual prescreve o método para determinar a relação entre o teor de umidade e a massa específica aparente seca de solos quando compactados. Os ensaios de compactação comentados a seguir se referem ao método de

27 26 estabilização mecânica. Este método é de extrema importância por conta da sua aplicação nos órgãos rodoviários do Brasil. As energias de compactação usualmente utilizadas no Brasil geralmente seguem as especificações do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER), atual DNIT (Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes), para obras de pavimentação rodoviária (SOUZA JUNIOR, 2005). A norma técnica DNER-ME 129/94 estabelece as energias de compactação normal, intermediária e modificada para se determinar a correlação entre o teor de umidade e a massa específica aparente do solo seco. As energias especificadas nesta norma são: normal, intermediária e modificada, variando dimensões do molde e do soquete, número de camadas e golpes, conforme pode ser observado na Tabela 1. Tabela 2 - Características inerentes de cada energia Cilindro Pequeno Grande Característica inerentes a cada Energia energia de compactação Normal Intermediária Modificada Soquete Pequeno Grande Grande Número de camadas Número de golpes por camada Soquete Grande Grande Grande Número de camadas Número de golpes por camada Altura do disco espaçador (mm) 63,5 63,5 63,5 Fonte: NBR 7182/1986 Segundo SOUZA (1976), a AASHTO inicialmente normalizou dois ensaios de compactação: o Ensaio de AASHTO Normal (T 99-57) e o Ensaio AASHTO Modificado (T ). Nesses ensaios são utilizados dois tipos de cilindros (Califórnia e Proctor) e dois tipos de soquetes (grande e pequeno). O Ensaio AASHTO Normal, com energia igual a 6,05 kg x cm/cm3, sempre faz uso do soquete pequeno, com o qual o solo é compactado em 3 camadas iguais, para ambos os cilindros (no cilindro Proctor, aplicam-se 25 golpes em cada camada e no Califórnia, 56 golpes). Já o Ensaio AASHTO Modificado (com energia de 27,49 kg cm/cm3 ) sempre usa o soquete grande, podendo-se utilizar também o cilindro Proctor ou Califórnia. Entretanto, este ensaio é sempre executado compactando-se o solo em 5 camadas iguais, ao invés de 3 do

28 27 Ensaio AASHTO Normal (Tabela 2.1). No cilindro Proctor aplicam-se 25 golpes em cada camada e no Califórnia, 56 (o mesmo número de golpes do ensaio normal). Depois, com a evolução dos equipamentos de compactação, o DNER criou o ensaio modificado de Proctor, com o objetivo de manter uma correta correlação com o esforço de compactação no campo (DNER, 1996). Assim, estão especificados os ensaios de compactação para os 3 níveis de energia (normal, intermediária e modificada) nas normas do DNER (DNER-ME 129/94 - amostras não trabalhadas e DNER-ME 162/94 - amostras trabalhadas), conforme mostra a Tabela 3. Observa-se, nesta tabela, que para mudar a energia de compactação nos ensaios preconizados pelo DNER, basta alterar somente os números de golpes por camada. Os demais parâmetros permanecem os mesmos. (SOUZA JUNIOR, 2005) Tabela 3 - Parâmetros utilizados nos ensaios de compactação do DNER Ensaios do DNER N de Golpes Energia Ensaios N de Camadas Soquete (cilindro CBR) (kg.cm/cm³) Normal 5 camadas Grande 12 5,97 Intermediário 5 camadas Grande 26 12,93 Modificado 5 camadas Grande 55 27,35 Fonte: SOUZA (1976) No Estado do Ceará, uma nova energia tem sido utilizada para a compactação de materiais granulares em obras de pavimentação. O Departamento de Edificações, Rodovias e Transportes do Estado do Ceará (DERT/CE) regulamentou, em 1994, mais uma energia de compactação, além das 3 especificadas pelo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER). Esta energia, denominada intermodificada, é obtida através da aplicação de 39 golpes (1,5 vezes a energia intermediária) por camada compactada no Cilindro Califórnia. Tabela 4 - Parâmetros do ensaio de compactação especificados pelo DERT/CE com o uso da Energia Intermodificada Ensaio Intermodificado (DERT/CE) N de Camadas Soquete N de Golpes Energia (cilindro CBR) (kg.cm/cm³) 5 camadas Grande 39 golpes 19,40 Fonte: DERT/CE (1994)

29 28 Benevides (2000), ao estudar os métodos de dimensionamento de pavimentos para trechos rodoviários do Estado do Ceará, aplicou diferentes energias em seus estudos, utilizando entre elas a energia de compactação intermodificada. A utilização dessa energia decorreu do fato de a mesma ter sido aplicada na construção de um dos 3 trechos rodoviários envolvidos em sua pesquisa (CE-060, trecho Pajuçara - Pacatuba), especificamente para as camadas de base de solo-brita. Para efeito de comparação, o autor procurou aplicar nos ensaios de laboratório a mesma energia que foi utilizada na época da construção das rodovias. De acordo com Cavalcante e Barroso (200?) a energia intermodificada tem sido aplicada para a compactação de materiais que, com a utilização da energia intermediária, não atenderam às especificações exigidas pelo DNIT, no que se refere ao valor do Índice de Suporte Califórnia (CBR). Para alguns materiais o uso de uma energia maior (modificada) poderia descaracterizar o solo, ocasionando modificações na sua granulometria pela quebra de grãos e diminuindo sua resistência. Souza Junior (2005) relatou ainda que o uso de uma energia muito intensa poderá degradar o material, alterando a sua estrutura e, consequentemente, o comportamento do mesmo quando submetido à solicitação do tráfego.

30 29 4 MATERIAIS E MÉTODOS A seguir são relatados os aspectos, considerados importantes, sobre a fase experimental da pesquisa no tocante a: análise granulometrica; limites de Atterberg; índice de forma, abrasão Los Angeles ; ensaio de compactação do solo e da mistura solo e brita; CBR; e processamento de informações. 4.1 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO As amostras de solos utilizadas nesta pesquisa são originadas do Bosque dos Juazeiros, localizado na Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), campus Mossoró, conforme é ilustrado na Figura abaixo. Figura 5 Localização da área onde foram coletadas as amostras de solo Fonte: Google Eath, 2014 As características desse solo foram determinadas por procedimentos convencionais, através da execução dos procedimentos preconizados nas normas vigentes do DNER. Todos os ensaios de caracterização do solo foram feitos no Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação UFERSA.

31 Preparação da amostra Os solos coletados foram caracterizados de acordo com a norma DNER-ME 041/94 Solos preparação de amostras para ensaios de caracterização. Dessa forma, as amostras de solos foram secas, destorroadas, quarteadas, este processo de quarteamento (como mostra a Figura 4), é importante para garantir a uniformidade das amostras, permitindo, assim, representatividade ao longo dos ensaios executados com o material em questão. Posteriormente foram submetidas aos ensaios descritos a seguir. Figura 6 - Quarteamento do solo. Fonte: Dados da pesquisa, Análise Granulométrica A análise granulométrica da amostra de solo, consiste na determinação dos diâmetros das diversas partículas existentes no solo. Foi realizada conforme o método de ensaio DNER- ME 080/94. A forma mais direta de obter o diâmetro dos grãos é passando-os através de uma série de peneiras, com aberturas conhecidas. Esse procedimento permite conhecer os diâmetros dos grãos superiores a 0,075 mm, utiliza-se o processo da sedimentação. Esse método baseia-se no princípio de que, dispersando-se as partículas de solo em água, a velocidade de sedimentação dos grãos aumenta com o diâmetro dos mesmos (Lei de Stokes). Portanto, é usual efetuar a análise granulométrica de forma combinada. O procedimento compõe-se de três etapas: peneiramento grosso, peneiramento fino e sedimentação.

32 31 Figura 7 - Análise granulométrica do solo Fonte: Dados da pesquisa, Limites de Atterberg Segundo Greco (2004) os limites de consistência ou limites de Atterberg foram definidos pelo Eng. Atterberg, em 1908, para caracterizar as mudanças entre os estados de consistência. Posteriormente Casagrande apresentou uma padronização da forma de se proceder nos ensaio para a determinação desses limites, como é mostrado a seguir: Limite de Plasticidade O limite de plasticidade (LP) representa o teor de umidade a partir do qual um solo passa a exibir plasticidade. Na definição clássica de Atterberg, o LP é a fronteira entre o estado semi-sólido e o estado plástico. Ou seja, para umidades superiores ao limite de plasticidade, o solo deixaria de apresentar a consistência de um material sólido, tornando-se moldável. O ensaio foi baseado na norma DNER-ME 082/94 Solos determinação do limite de plasticidade. No laboratório, o limite de plasticidade é definido como sendo o teor de umidade com o qual um cilindro de solo começa a se fragmentar, quando se procura moldá-lo com 3 mm de diâmetro.

33 32 O solo em estudo é extremamente arenoso. No entanto, é necessário realizar o ensaio do limite de plasticidade antes do ensaio do limite de liquidez, pois caso o limite de plasticidade não puder ser determinado, deve-se considerar ambos como não-plásticos. A Figura 6 explana o solo durante o ensaio do teste de plasticidade. Figura 8 Ensaio de limite de plasticidade do solo Fonte: Dados da pesquisa, Limite de Liquidez Convenciona-se o limite de liquidez (LL) de um solo como sendo o teor de umidade acima do qual o solo perde as características de plasticidade, passando a se comportar como um fluido viscoso. Na definição de Atterberg, o limite de liquidez representa a fronteira entre o estado plástico e o estado líquido. Para a obtenção do LL em laboratório, utiliza-se um equipamento em forma de concha, conhecido como aparelho de Casagrande. O ensaio baseia-se na determinação do número de golpes necessários para fechar o sulco padrão, efetuado no solo colocado na concha. O ensaio é executado diversas vezes, fazendo-se variar o teor de umidade da amostra. O limite de liquidez corresponde à umidade que determina o fechamento do sulco com 25 golpes Ensaio de compactação do solo Os ensaios de compactação comentados a seguir se referem ao método dinâmico ou por impacto. Consiste na aplicação de um determinado peso (soquete), que cai livremente de uma certa altura sobre uma camada de solo, compactada em um cilindro padrão. A energia de

34 33 compactação que se deseja aplicar depende da padronização de cada um desses parâmetros. Ao variar qualquer um deles como peso, altura, número de golpes ou espessura da camada, varia-se também a energia, alterando-se, assim, o resultado de todo o processo de compactação (SENÇO, 2007). Segundo Souza Junior (2005) este método é de extrema importância por conta da sua aplicação nos órgãos rodoviários do Brasil. A realização do ensaio de compactação, de modo a se determinar as umidades ótimas e os pesos específicos aparentes secos, foi através do preconizado na especificação DNER- ME 162/94 Ensaios de compactação utilizando amostras trabalhadas. Nesta pesquisa foram utilizadas duas energias, a intermediária (26 golpes) e a intermodifica (39 golpes). A literatura mostra que quanto maior for a energia aplicada, maior será o valor do peso específico aparente seco máximo e menor será o valor do teor de umidade ótima. Para determinar a curva de compactação deve-se moldar 5 corpos de prova na energia especificada, variando-se a quantidade de água incorporada ao solo. Os corpos de prova são pesados e deve-se determinar ainda o teor de umidade de cada um deles Índice de Suporte Califórnia A determinação do valor do CBR (California Bearing Ratio) é feita através do método de ensaio DNER-ME 049/94 Determinação do Índice de Suporte Califórnia. Este ensaio mensura a resistência à penetração de uma amostra compactada segundo o método Proctor. Nele, um pistão com seção transversal de 3 pol² penetra na amostra à uma velocidade de 0,05 pol/min (equivalente a 1,27 mm/min). O parâmetro encontrado é expresso em porcentagem, representando o valor da resistência à penetração, tendo-se como padrão de referência o valor de 100%, referente à penetração em uma amostra de brita granítica. O primeiro parâmetro exigido para se iniciar a execução do ensaio de CBR é o valor da umidade ótima do material a ser analisado. Esta determinação, como visto anteriormente, é feita através do ensaio de compactação. Fixa-se, então, o molde de diâmetro aproximado de 150 mm na base perfurada. Um disco espaçador de 63,5 mm de altura é colocado no fundo do molde, permitindo que após a moldagem do corpo de prova exista um espaço livre no molde para a posterior colocação da sobrecarga a ser utilizada na determinação da expansão do material. Coloca-se, então, o colarinho do molde, que servirá como um prolongamento da altura do corpo de prova, a fim de permitir que o material pós-compactado tenha o seu topo regularizado através do uso de uma régua rasadora, e o papel filtro no fundo do molde

35 34 apoiado sobre uma base rígida, perfurada e plana. Após a compactação, inverte-se a posição do corpo de prova e, no espaço deixado pelo disco espaçador, coloca-se o prato com haste perfurada e, sobre este prato acondiciona-se uma sobrecarga de aproximadamente 2,3 kg. Anexa-se ao conjunto, mais especificamente na haste do prato perfurado, um extensômetro e anota-se a leitura inicial. O corpo de prova (CP) é imerso na água por quatro dias, como mostra a Figura 9, de modo a simular as intempéries do clima sofridas pelo pavimento. Após esse período é determinada a expansão final por meio do extensômetro acoplado ao CP. Deixa-se o CP escorrer por 15 minutos e em seguida a sobrecarga é recolocada no conjunto e o mesmo é levado para a prensa, onde sofrerá a penetração do pistão. São anotadas as leituras para os tempos de 0,5; 1; 2; 4; 6; 8 e 10 minutos e posteriormente faz-se os cálculos que determinarão o valor de suporte do material, conforme prescrito em norma. Figura 9 Moldes imersos no tanque com água Fonte: Dados da pesquisa, CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO O agregado granítico utilizado nesta pesquisa fica localizado no município de Macaíba/RN, ficando à 233 km da cidade de Mossoró/RN. A Figura 9 mostra a localização geográfica da jazida.

36 35 Figura 10 Localização geográfica da jazida Fonte: Google Eart, 2014 As características desses agregados foram determinadas por procedimentos convencionais, as normas do DNER. Os ensaios de caracterização da brita foram feitos no Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação UFERSA Preparação da amostra O agregado utilizado nessa pesquisa foi reduzido de acordo com a norma DNER-ME 041/94 Solos preparação de amostras para ensaios de caracterização, como mostra a Figura 9. Este processo é importante para garantir a uniformidade das amostras, permitindo, assim, representatividade ao longo dos ensaios executados com o material em questão.

37 36 Figura 11 Quarteamento do agregado granítico Fonte: Dados da pesquisa, Ensaio de Granulometria Na fase experimental de caracterização do agregado granítico realizou-se a análise granulométrica por peneiramento, seguindo o método DNER-ME 083/98 Agregados Análise granulométrica Índice de forma A determinação do índice de forma se dá pela análise da variação dos eixos multidirecionais das partículas que compõem o agregado. As dimensões dos agregados podem caracterizá-los como alongados, esféricos, cúbicos ou lamelares. A análise da forma do material também é feita com base nos tipos de arestas e cantos, classificando-os como agregados angulosos ou arredondados (DNIT, 2006). O ensaio para determinação do agregado foi realizado de acordo com as especificações da Norma Rodoviária DNER-ME 086/94 Agregados determinação do índice de forma. Foram utilizados os crivos de abertura circular preconizados na norma, bem como os crivos redutores com dimensões também pré-determinadas em norma. A Figura 12 mostra o material que foi pesado com base na graduação do agregado, no caso C, no qual foi utilizado as peneiras 19mm e 16mm; 16mm e 12,7mm; 12,7mm e 9,5mm, respectivamente. Na Figura 13 tem-se os crivos circulares e redutores que foram ultizados no ensaio.

38 37 Figura 12 Crivos circulares, peneiras 19mm; 16mm; 12,7mm; 9,5mm Fonte: Dados da pesquisa, 2014 Figura 13 Crivos circulares e crivos redutores, respectivamente. Fonte: Dados da pesquisa, 2014 Para o cálculo do índice de forma é feita a separação das partículas retidas no crivo redutor de abertura igual à metade do tamanho diretriz correspondente, anotando-se o seu peso. A seguir, o material que passar no primeiro crivo redutor deve ser testado em um segundo crivo redutor de abertura igual a 1/3 do tamanho diretriz da fração e anota-se o peso do material retido neste crivo. A norma menciona ainda que se repitam estas operações para todas as frações que componham a graduação escolhida e os cálculos que definem o índice de forma se baseiam na expressão a seguir. Onde: f = índice de forma;

39 38 P1 = soma das percentagens retidas nos crivos I, de todas as frações que compõem a graduação; P2 = soma das percentagens retidas nos crivos II, de todas as frações que compõem a graduação; N = número de frações (ou de tamanhos diretrizes) que compõem a graduação escolhida Resistência à Abrasão Nas estruturas de pavimentos o agregado está sujeito a forças de abrasão e impacto oriundas das cargas do tráfego. Estas forças podem quebrar os agregado, alterando sua granulometria, podendo desgastar as partículas. (ROHDE, 2002) A resistência à abrasão foi determinada utilizando o equipamento de Los Angeles seguindo o método proposto pelo DNER-ME 035/98 - Agregados determinação da abrasão Los Angeles, visando avaliar a resistência dos agregados à ação do tráfego. Esse ensaio defere-se ao desgaste sofrido pelo agregado, quando colocado na máquina Los Angeles (Figura 14) juntamente com uma carga abrasiva e esferas de aço padronizadas, cuja quantidade a ser alocada na máquina depende da granulometria do agregado estudado, submetido a um determinado número de revoluções desta máquina à velocidade de 30 rpm a 33 rpm. Calcula-se a porcentagem, em peso, do material retido, após o ensaio, na peneira de malhas quadradas de 1,7 mm e define-se então o desgaste sofrido pelo material.

40 39 Figura 14 Equipamento Abrasão Los Angeles Fonte: Dados da pesquisa, CARACTERIZAÇÃO DA MISTURA Para a mistura, levou-se em consideração proporções usadas em estudos anteriores, e assim foi determinado 60% de solo e 40% de brita, conforme mostra a Figura 15. Figura 15 Composição da mistura Fonte: Dados da pesquisa, Análise granulométrica Para a caracterização da mistura realizou-se a análise granulométrica por peneiramento, seguindo o método DNER-ME 080/94 Solos Análise granulométrica por

41 40 peneiramento Compactação da mistura Para a determinação dos valores dos pesos específicos aparentes secos máximos e das umidades ótimas da mistura foram realizados ensaios de compactação no cilindro Proctor conforme o método de ensaio ME-162/94 - do antigo DNER, atual DNIT. Neste ensaio foi utilizada a energia intermediária de compactação, 26 golpes e a energia intermodificada, 39 golpes. A Figura 16 mostra as amostra de cada cilindro com aumento da porcentagem de água. Figura 16 Amostra do ensaio de compactação da mistura Fonte: Dados da pesquisa, CBR A realização do ensaio foi de acordo com a norma DNER-ME 049/94 Solos determinação do Índice de Suporte Califórnia utilizando amostras não trabalhadas. O ensaio foi realizado no Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação da UFERSA. Este ensaio tem como objetivo determinar a resistência à penetração de uma amostra da mistura solo-brita compactada em diferentes energias (intermediária e intermodificada), com as umidades ótimas determinada nos ensaios de compactação. A Figura 17 mostra o rompimento do corpo de prova da mistura solo-brita, onde ocorreu no laboratório da Lino Construções.

42 41 Figura 17 Rompimento do CBR Fonte: Dados da pesquisa, 2014.

43 Porcentagem que passa 42 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES A seguir são apresentados e analisados os resultados da fase experimental, obtidos com a realização dos ensaios de granulométria, limites de Atterberg, índice de forma, abrasão Los Angeles, compactação do solo e da mistura solo e brita, CBR. 5.1 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO Análise granulométrica A graduação do agregado, que se representa através da curva granulométrica, é uma das características que proporcionam estabilidade aos pavimentos devido ao encaixe entre as partículas de todas as frações, da graúda à mais fina (DNIT, 2006). O gráfico abaixo mostra a curva granulométrica do solo trabalhado. Gráfico 1 Curva granulométrica do solo 100,00 % 90,00 % 80,00 % 70,00 % 60,00 % 50,00 % 40,00 % 30,00 % 20,00 % 10,00 % 0,00 % 0,01 mm 0,10 mm 1,00 mm 10,00 mm 100,00 mm Diâmetro dos Grãos Fonte: Dados da pesquisa, 2014 O solo em estudo apresenta descontinuidade nas dimensões dos seus grãos, possuindo graduação principalmente entre o intervalo de 0,1 a 2 mm. No entanto, o solo tem aspecto arenoso.

44 Limite de Atteberg Devido ao comportamento arenoso do solo, não foi possível o termino do ensaio do índice de plasticidade, uma vez que o rolinho de solo veio a segregar antes de alcançar o diâmetro de 3 mm. Não foi necessário a realização do ensaio do limite de liquidez, o solo foi considerado como não-plástico e não-liquido. Portanto, como o solo se enquadra nas especificações das exigências de consistências, pode ser utilizado na camada de base e sub-base de pavimentos rodoviários, Compactação do solo O ensaio de compactação do solo foi realizado com energia intermediária (26 golpes) e energia intermodificada (39 golpes). Os gráficos abaixo representam o comportamento do solo após a sua compactação com diferentes teores de umidade, gerando assim pontos que formam a curva de compactação do solo.

45 44 Gráfico 2 Curva de compactação do solo na energia intermediária Fonte: Dados da pesquisa, Gráfico 3 Curva de compactação do solo na energia intermodificada Fonte: Dados da pesquisa, 2014.

46 45 Percebe-se que com o acréscimo da energia de compactação houve uma redução da umidade ótima, para a energia intermediária foi de 7,8%, em contrapartida, para a energia intermodificada obteve-se de 7,2%. O inverso é verificado no que diz respeito à massa específica seca máxima, que é maior para a maior energia. Estes resultados são pertinentes com a literatura Índice de Suporte Califórnia Para a determinação do Índice de Suporte Califórnia (CBR) do solo foram moldados 6 corpos-de-prova, sendo 3 compactados com energia intermediária e 3 compactados com energia intermodificada. O CBR, em porcentagem, para cada corpo de prova, é dado por: Adota-se para o índice CBR média dos maiores valores de cada corpo de prova para as penetrações de 0,2 (2,54 mm) e 0,4 (5,08 mm), no caso 27,10% para energia intermediária e 32% para energia intermodificada. Assim, conclui que o solo puro não é suficiente para a camada de base em um pavimento, mas de acordo com o DNIT a sua utilização é viável para camadas de sub-base (CBR 20%). 5.2 CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO GRAN ÍTICO Análise granulométrica A curva granulométrica do agregado granítico trabalhado é apresentada no Gráfico 3. No qual foi realizada de acordo com a norma DNER-ME 083/98 - Agregados Análise granulométrica.

47 Porcentagem que passa 46 Gráfico 4 Curva granulométrica do agregado 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0,00 mm 5,00 mm 10,00 mm 15,00 mm 20,00 mm 25,00 mm 30,00 mm 35,00 mm 40,00 mm Diâmetro dos grãos Fonte: Dados da pesquisa, 2014 O agregado em estudo apresenta descontinuidade em sua curva, possuindo principalmente em sua graduação diâmetros de 9,5 a 25 mm Determinação do Índice de forma Para fins rodoviários procura-se utilizar agregados que possuam forma cúbica, pois estes materiais tendem a sofrer menos fracionamento ao serem submetidos aos esforços oriundos de cargas de compactação, bem como aos esforços do tráfego. O índice de forma de um agregado é definido de acordo com o preconizado na norma DNER-ME 086/94. O valor encontrado varia de 0 a 1, sendo cada vez mais cúbico ao se aproximar do valor 1 (cubo perfeito). Com o ensaio pode-se obter o valor para o índice de forma de 0,81, o que enquadra o agregado como sendo de forma cúbica. Portanto, apresentou-se apto para utilização de fins rodoviários Determinação da Abrasão Los Angeles Com o ensaio realizado foi possível determinar o desgaste do agregado e avaliar a resistência de materiais, verificando a resistência à abrasão provocada pelo tráfego dos

48 Porcentagem que passa 47 agregados de uma mistura. Foi constatado o valor para a abrasão de 27,45%, estando o resultado dentro dos padrões da ABNT NBR 11806:1991, onde o mesmo deve ser inferior a 40%. Dessa forma, o material analisado nesta pesquisa mostrou-se dentro dos parâmetros exigidos, consolidando a sua aplicaobilidade aos fins que este estudo se propõe. Segundo Senço (2007) o ensaio abrasão los angeles é o ensaio mais aceito para determinar a resistência de agregados quando trabalhados em camadas ou quando fazendo parte de misturas aos esforços oriundos das cargas do tráfego. Embora seja um ensaio misto de abrasão e impacto, tem apresentado muito boa correlação entre previsões baseadas nos ensaios e o comportamento dos agregados na pista. 5.3 CARACTERIZAÇÃO DA MISTURA Análise granulométrica da mistura No Gráfico 5 tem-se a curva granulométrica da mistura. Gráfico 5 Granulometria da mistura 100,00 % 90,00 % 80,00 % 70,00 % 60,00 % 50,00 % 40,00 % 30,00 % 20,00 % 10,00 % 0,00 % 0,01 mm 0,10 mm 1,00 mm 10,00 mm 100,00 mm Diâmetro dos Grãos Fonte: Dados da pesquisa, 2014 A mistura do solo e brita em estudo apresenta descontinuidade nas dimensões dos seus grãos, possuindo graduação principalmente entre o intervalo de 0,1 a 2 mm.

49 Peso específico seco Compactação da mistura O ensaio foi realizado com energia de compactação intermediária, com 26 golpes e energia de compactação intermodificada, com 39 golpes. O comportamento da mistura após a sua compactação com diferentes teores de umidade para diferentes energias pode ser visto no Gráfico 6. Gráfico 6 Curvas de compactação da mistura, da energia intermediária e intermodificada 3,30 g/cm³ 2,80 g/cm³ 2,30 g/cm³ 1,80 g/cm³ 1,30 g/cm³ Intermediária Intermodificada 0,80 g/cm³ 0,00 % 2,00 % 4,00 % 6,00 % 8,00 % 10,00 % Umidade Fonte: Dados da pesquisa, 2014 O gráfico indica que quanto maior foi a energia de compactação, maior a massa específica seca e menor a umidade ótima. Este comportamento já era esperado, pois o acréscimo na energia de compactação causa fragmentação nos agregados, havendo assim uma melhor reorganização das partículas, no que resulta numa maior massa específica seca. No entanto, pode-se observar que a umidade ótima para a energia intermediária foi de 5,2% e para a intermodificada 4,8%. Ao compara-las com o solo puro que para a energia intermediária teve-se 7,8% e para a intermodificada 7,2%, é possível perceber que houve uma redução da umidade ótima, isso se deu devido a utilização do agregado granítico pois o mesmo não absorve muita água.

50 Índice de Suporte California Para a determinação do CBR da mistura solo-brita foram moldados 3 corpos-de-prova, compactados com energia intermediária e com energia intermodificada. Para se ter o CBR, em porcentagem, para cada corpo de prova, deve-se considerar a seguinte equação: Como realizado no CBR do solo, adota-se para o CBR a média dos maiores valores de cada corpo de prova para as penetrações de 0,2 (2,54mm) e 0,4 (5,08mm). Dessa forma, para a energia intermediária obteve-se um CBR de 66,57% e para a energia intermodificada 81,26%. Assim, conclui-se que a mistura na energia intermediária, por possuir CBR > 60% e CBR < 80%, pode ser aplicada para vias de tráfego médio. Já na energia intermodificada, por apresentar CBR > 80% pode ser aplicada para vias de alto volume de tráfego.

51 50 6 DIMENSIONAMENTO Com a intenção de se verificar o desempenho de pavimentos executados a partir das técnicas de estabilização estudadas nesta pesquisa, foi realizado o dimensionamento com base na análise no programa experimental. De acordo com Greco (2006) dimensionar um pavimento significa determinar as espessuras das camadas que o constituem de forma que estas camadas (reforço do subleito, sub-base, base e revestimento) resistam e transmitam ao subleito as pressões impostas pelo tráfego, sem levar o pavimento à ruptura ou a deformações e a desgastes excessivos. O dimensionamento foi baseado de acordo com a Norma Rodoviária DNER-ME 667/22 - Método de Projeto de Pavimentos Flexíveis. 6.1 ENERGIA INTERMEDIÁRIA Este item consiste em dimensionar uma via de médio volume de tráfego ( < N 5. ), já que o CBR para essa energia se enquadrou nesse tipo de via, com passagem de veículos leves, e revestimento com tratamento superficial, sendo as camadas granulares. Adotando subleito com CBR de 10%, nesse caso não há necessidade de um reforço. Tem-se para a sub-base o uso do solo puro com CBR = 27,10%, como já mencionado no trabalho e a base composta da mistura de solo e brita (60% solo 40% brita) com CBR de 66,57%. A Tabela 5 mostra as espessuras mínimas de revestimento betuminoso de acordo com o DNIT (2006), assim para uma via de médio volume de tráfego (10 6 < N ) a espessura mínima de revestimento (R) = 5cm. Tabela 5 Espessura mínima de revestimento betuminoso N Espessura mínima de revestimento betuminoso N 10 6 Tratamentos superficiais betuminosos 10 6 < N Revestimentos betuminosos com 5,0 cm de espessura < N 10 7 Concreto betuminoso com 7,5cm de espessura 10 7 < N Concreto betuminoso com 10,0cm de espessura N > Concreto betuminoso com 12,5cm de espessura Fonte: DNIT, 2006 De acordo com a Tabela 6 é possível encontrar os valores do coeficiente de

52 51 equivalência estrutural (K), sendo eles: Tabela 6 Coeficiente de equivalência estrutural Componentes dos pavimentos Coeficiente k Base ou revestimento de concreto betuminoso 2,00 Base ou revestimento pré-misturado a quente, de graduação densa 1,70 Base ou revestimento pré-misturado a frio, de graduação densa 1,40 Base ou revestimento por penetração 1.20 Base granular 1,00 Sub-base granular 0,77 (1,00) Reforço do subleito 0,77 (1,00) Solo-cimento com resistência à compressão a 7 dias, superior a 45 Kg/cm² 1,70 Solo-cimento com resistência à compressão a 7 dias, superior a 45 Kg/cm² 1,40 e 28 Kg/cm² Solo-cimento com resistência à compressão a 7 dias, superior a 28 Kg/cm² 1,20 a 21 Kg/cm² Bases de Solo-Cal 1,20 Fonte: DNIT, 2006 Para a determinação da espessura do pavimento ( ) e espessura do pavimento sobre a sub-base ( ), faz-se necessário a análise do Gráfico 7. Assim, A norma DNER-ME 667/22 menciona que para a determinação da espessura do pavimento sobre a sub-base, tem-se CBR de 27,10%, adota-se no ábaco 20, devido a ser é maior.

53 52 Gráfico 7 Espessura total do pavimento, em função de N e de IS ou CBR, em termos de material com k = 1,00, isto é, em termos de base granular. Fonte: DNIT, 2006 Com as espessuras determinadas e o coeficiente de equivalência estrutural, é possível encontrar as espessuras mínimas de revestimento betuminoso, as espessuras de base (B), subbase e reforço de subleito ( são obtidas pela resolução das seguintes equações: Onde: K R : coeficiente de equivalência estrutural do revestimento;

54 53 R: espessura do revestimento; K B : coeficiente de equivalência estrutural da base; B: espessura da base; H 20 : espessura de pavimento sobre a sub-base; K s : coeficiente de equivalência estrutural da sub-base; h 20 : espessura da sub-base; H n : espessura do pavimento sobre a camada com IS = n; K ref : coeficiente de equivalência estrutural do reforço de subleito; h n : espessura do reforço do subleito; H m : espessura total do pavimento necessária para proteger um material com CBR ou ISC igual a m. Base: Logo, Sub-base: Assim, A Figura 18 esquematiza o dimensionamento do pavimento flexível pelo método do CBR, de acordo com a energia de compactação intermediária para uma via de volume médio de tráfego.

55 54 Figura 18 Dimensionamento do pavimento flexível para a energia intermediária Fonte: Dados da pesquisa, ENERGIA INTERMODIFICADA Para o dimensionamento do pavimento através da energia intermodificada considerou-se o subleito com CBR de 10%, não havendo necessidade de reforço. Tem-se para a sub-base o uso do solo puro com CBR = 32%, e a base composta da mistura de solo e brita (60% solo 40% brita) com CBR de 81,26%, resultando assim em um via de volume alto de tráfego (CBR > 80%). Como se trata de uma via de alto volume de tráfego (N ). Pela Tabela 5 obtevese a espessura mínima de revestimento (R) = 12,5 cm. De acordo com a Tabela 6 é possível encontrar os valores do coeficiente de equivalência estrutural (K), sendo eles: Para a determinação da espessura do pavimento ( ) e espessura do pavimento sobre a sub-base ( ), faz-se necessário a análise do Gráfico 7. Assim, A norma DNER-ME 667/22 menciona que para a determinação da espessura do pavimento dobre a sub-base, tem-se CBR de 32%, adota-se no ábaco 20, devido a ser é maior. Base:

56 55 Logo, Sub-base: Assim, A Figura 19 esquematiza o dimensionamento do pavimento flexível pelo método do CBR, de acordo com a energia de compactação intermodificada para uma via de alto volume de tráfego. Figura 19 Dimensionamento do pavimento flexível para a energia intermodificada Fonte: Dados da pesquisa, 2014