Comparação dos Resultados Obtidos Através do Ensaio Mini- CBR de Laboratório com os Resultados Obtidos Através do Mini- CBR de Campo

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1 Comparação dos Resultados Obtidos Através do Ensaio Mini- CBR de Laboratório com os Resultados Obtidos Através do Mini- CBR de Campo Alessandro de Cillos Silva; Anna Silvia Palcheco Peixoto e Daniela Massami Ide Departamento de Engenharia Civil, Universidade Estadual Paulista, Bauru, São Paulo RESUMO: Nesse trabalho estão apresentadas as primeiras análises de um estudo de comparação entre os valores de mini-cbr de laboratório e mini-cbr de campo. Esse último utilizando-se um equipamento desenvolvido na FEB/Unesp (Bauru) baseado num procedimento de ensaio sugerido pelo antigo DNER. Para tanto, foram realizados ensaios em solo arenoso e argiloso com teores de umidade variando 2% para mais e para menos da umidade ótima. Esses primeiros resultados indicaram um coeficiente de variação de 12,74% para o solo arenoso e de 9,69% para o solo argiloso. Quanto à repetibilidade, os resultados se apresentaram repetíveis tanto para o teor de umidade quanto para o mini-cbr de campo. Porém, sugere-se que o controle de capacidade de suporte através do mini-cbr de campo dependa sempre de uma calibração prévia com o solo a ser utilizado. PALAVRAS-CHAVE: Mini-CBR de Laboratório, Mini-CBR de Campo, Coeficiente, Repetibilidade. 1 INTRODUÇÃO O ensaio de mini-cbr foi desenvolvido na Iowa State University, com a finalidade de simplificar os procedimentos de compactação e determinação dos índices de capacidade de suporte e expansão, reduzindo a quantidade de material necessário, exigindo menor esforço na execução. Porém, muitas vezes os resultados obtidos em laboratório não representam as peculiaridades que ocorrem no campo. Neste sentido, o prof. Dr. Vladimir Coelho desenvolveu um equipamento na Unesp-Bauru para realizar o ensaio mini-cbr no campo, baseado num procedimento proposto pelo antigo DNER. Dessa maneira, pretende-se nesse trabalho mostrar as primeiras comparações entre os resultados obtidos através do ensaio de laboratório e aqueles obtidos através do equipamento construído na FEB/Unesp. Para o desenvolvimento das atividades de laboratório e campo, foram utilizados dois tipos de solo: um arenoso, do Campo Experimental de Fundações da Unesp-Bauru e outro argiloso, da região de Piracicaba, sendo ambas as cidades do interior do estado de São Paulo. Através desses dois solos foram construídos dois pequenos aterros com teores de umidade variando 2% em relação á umidade ótima. 2 METODOLOGIA 2.1 Ensaios de Laboratório Com os ensaios realizados no laboratório foi possível obter a caracterização dos dois solos estudados, sendo realizado os ensaios apresentados na Tabela 1, com suas respectivas normas. Tabela 1. Normas referentes aos ensaios de laboratório. Ensaio Norma Massa Específica dos Sólidos NBR 6508/84 Granulometria Conjunta NBR 7181/84 Limite de Liquidez NBR 6459/84 Limite de Plasticidade NBR 7180/84 Massa Específica dos Solos ---- (Cilindro Cravado) Compactação NBR 7182/86 Mini-CBR DNER-ME 254/97 Mini-MCV DNER -ME 258/ Ensaios de Campo Antes de se iniciar a realização dos ensaios de campo, foi realizada a execução de dois pequenos aterros. Para ambos (solo arenoso e solo argiloso), utilizou-se o mesmo procedimento de compactação. Inicialmente foram realizadas as coletas dos dois tipos com as quantidades previstas nos respectivos dimensionamentos. Posteriormente, realizou-se

2 uma escavação de 2,20 x 2,20 m de largura e 25 cm de profundidade. Na base da escavação, o solo foi escarificado com o objetivo de promover uma boa ligação com o solo que foi posteriormente compactado e as paredes laterais foram protegidas por tijolos. Durante o processo de compactação manual tomou-se os devidos cuidados para que o solo utilizado estivesse isento de matérias orgânicas. O soquete manual construído de concreto e com massa aproximadamente de 15 kg era erguido e posteriormente solto repetidas vezes até ser obtido o grau de compactação desejado. O controle de qualidade da compactação foi realizado pela determinação do teor de umidade no local compactado através do Speed e do ensaio de cilindro cravado para obtenção da massa específica seca. A Figura 1 apresenta todo procedimento descrito neste subitem. Figura 1. Escavação do aterro, proteção das paredes laterais com tijolos e compactação. Para realização do processo de compactação o aterro experimental foi dividido em três áreas, as quais foram compactadas com três teores de umidade diferentes: W ót, W = -2% e W = +2%. As áreas e os teores de umidade de compactação estão apresentados na Figura 2. O propósito deste procedimento foi dispor de uma variação maior de teores de umidade, visando uma comparação entre os resultados dos ensaios de mini-cbr de campo com os de laboratório mais consistente e confiável. Figura 2. Divisão das diferentes umidades de compactação no aterro com solo arenoso e equipamento para realização do ensaio de mini-cbr de campo. Os ensaios de campo foram realizados de acordo com a metodologia de ensaio DER M , Método de Determinação do Mini- CBR de Campo. Tomou-se o cuidado de manter os aterros cobertos com uma manta plástica impermeável, com a finalidade de minimizar a perda de umidade do solo. Antes da realização de cada ensaio de campo, a superfície foi preparada de modo a deixar uma área de 20 cm x 20 cm nivelada horizontalmente. Na etapa seguinte, o suporte do macaco de aplicação de carga foi posicionado de forma a manter a vertical que passa pela ponta do macaco o mais próximo possível do ponto em que fora realizada a penetração. Como o suporte do macaco utilizado foi do tipo leve, realizou-se o nivelamento do equipamento com ele descarregado, para então iniciar o carregamento com o material apropriado. Conseqüentemente foi conectado o extensômetro e o pistão de penetração, ficando por último o assentamento da sobrecarga padrão. Antes de iniciar o ensaio, girou-se a manivela até que fosse verificada uma pequena movimentação do extensômetro do dinamômetro (0,01 mm), confirmando o início da aplicação do carregamento. Após esta constatação, o extensômetro foi zerado para iniciar a penetração.

3 Apenas uma fase do ensaio não foi realizada conforme a metodologia do DER (M ). No campo experimental da Unesp-Bauru, a velocidade de penetração de 1,25 voltas por minuto, foi inviabilizada pela falta de infraestrutura do local (o local não dispunha de tomadas elétricas). Esta velocidade foi suprida realizando a rotação desejada manualmente. As leituras do extensômetro do anel dinamométrico, foram realizadas para as seguintes penetrações: 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0 mm. 3 RESULTADOS OBTIDOS 3.1 Ensaios de Caracterização A seguir apresentam-se através das Tabelas 2 a 6, os resultados obtidos através da realização dos ensaios de caracterização geotécnica: compactação, mini-cbr de laboratório e mini- MCV. Tabela 2. Distribuição granulométrica em porcentagem de ocorrência. Fração Granulométrica Solo Arenoso Solo Argiloso Argila (%) 12,6 61,0 Silte (%) 2,9 18,1 Areia (%) 84,5 20,9 Tabela 3. Resultados de limites de consistência. Solo LL (%) LP (%) IP (%) Arenoso NL NP - Argiloso 49,10 36,22 12,88 Tabela 4. Parâmetros de compactação. Solo ρ dmáx (g/cm 3 ) W ótima (%) Arenoso 2,050 11,63 Argiloso 1,596 27,04 Tabela 5. Resultados do ensaio de mini-cbr de laboratório. Resultados Mini-CBR de Laboratório Solo Arenoso Solo Argiloso Umidade Ótima (%) 11,3 26,4 Massa Específica Seca (g/cm 3 ) 1,971 1,628 Mini-CBR Natural (%) 22,0 11,8 Mini-CBR Inundado (%) 5,5 7,6 Expansão (%) 0,0 0,0 Retração (%) 0,3 1,5 Tabela 6. Parâmetros obtidos a partir do ensaio de mini- MCV. Solo d c Pi (%) e Arenoso 13,6 0,90 250,0 1,58 Argiloso 17,0 1,57 112,5 1,32 A partir dos resultados de laboratório, conclui-se que o solo coletado em Bauru (arenoso) foi classificado com comportamento não laterítico, ou seja, NS (siltoso) e conforme a classificação H.R.B., pertence ao grupo A-2-4. O solo coletado na região de Piracicaba (argiloso) foi classificado com comportamento não laterítico, ou seja, NG (argiloso) e conforme a classificação H.R.B., pertence ao grupo A Ensaios de Mini-CBR Os resultados a serem apresentados a seguir baseiam-se na comparação dos resultados de laboratório com os de campo. Considerando que a massa específica seca foi importante no controle do grau de compactação, para se realizar a comparação dos resultados de mini-cbr de campo com os de laboratório, foi considerado os parâmetros teor de umidade e mini-cbr, conforme descreve o procedimento a seguir. O procedimento adotado para se iniciar o estudo comparativo entre os resultados de campo e de laboratório, tanto para o solo arenoso quanto para o solo argiloso, foi a partir dos resultados de laboratório. Primeiramente, fez-se um gráfico, teor de umidade (W%) v s Mini-CBR (%) (na condição natural). Utilizando-se os resultados de laboratório obteve-se uma equação e, através da mesma, tomou-se os valores de teores de umidade obtidos no campo para se conseguir uma previsão do que seria o mini-cbr de laboratório para os mesmos teores de umidade, Figuras 3 e 4. Nas Tabelas 7 e 8 estão apresentados os resultados mini-cbr de campo e o respectivo valor obtido através da linha de tendência dos resultados de laboratório. A partir dos dados obtidos, nas Tabelas 7 e 8, é possível visualizar, Figuras 5 e 6, as curvas de mini-cbr de campo e de laboratório v s teor de umidade, para o solo arenoso e argiloso respectivamente, na situação natural. Ao analisar as Figuras 5 e 6, contata-se que para o ensaio de laboratório, a queda do valor de mini-cbr com o aumento do teor de umidade foi mais pronunciada, ou seja,

4 apresentou-se de forma mais coerente. Este fato deve-se ao melhor controle de parâmetros envolvidos quando se realiza o ensaio em laboratório. Entretanto, ao analisar os resultados dos ensaios de campo, observa-se que os valores de mini-cbr, para um mesmo intervalo de W, sofrem maior variação com aumento do teor de umidade. Figura 5. Gráfico comparativo entre mini-cbr de campo e de laboratório (areia-natural). Figura 3. Linha de tendência para os resultados mini- CBR de laboratório (solo arenoso). Figura 6. Gráfico comparativo entre mini-cbr de campo e de laboratório (argila-natural). Figura 4. Linha de tendência para os resultados mini- CBR de laboratório (solo argiloso). Tabela 7. Valores de mini-cbr de campo e laboratório para o solo arenoso. W (%) Mini-CBR campo (%) Mini-CBR laboratório (%) 9,6 11,03 27,00 9,7 10,00 26,77 10,3 9,66 25,30 11,8 9,93 21,16 12,0 8,85 20,56 12,3 8,32 19,64 13,2 11,21 16,70 13,4 9,18 16,02 13,5 8,52 15,67 Tabela 8. Valores de mini-cbr de campo e laboratório para o solo argiloso. W (%) Mini-CBR campo (%) Mini-CBR laboratório (%) 25,4 7,03 12,30 25,9 6,23 12,17 26,1 6,21 12,09 27,0 7,51 11,62 27,3 7,30 11,41 27,7 7,18 11,09 27,9 7,85 10,91 28,5 7,31 10,31 28,8 7,30 9,98 Ainda analisando as Figuras 5 e 6, a partir das equações obtidas através da linha de tendência com seu respectivo parâmetro R 2, calculou-se os valores de mini-cbr, com o intervalo de umidade variando entre os pontos nos respectivos gráficos. Por fim realizou-se a relação entre os valores de mini-cbr de laboratório e de campo, obtendo-se um coeficiente para cada relação. Em seguida foi calculado a média dos coeficientes (Mc), o desvio padrão (Sd) e o coeficiente de variação (Cv), Tabela 9. Tabela 9. Média, desvio padrão e variação dos coeficientes. Solo/Condição Mc Sd Cv (%) Arenoso/Natural 2,3 0, ,74 Argiloso/Natural 1,6 0,1593 9,69 Considerando os resultados de desvio padrão, observa-se que o coeficiente apresentou uma melhor correlação para o ensaio realizado com o solo argiloso. Ao analisar o comportamento do coeficiente para o ensaio com o solo arenoso, observa-se que apresentou uma maior variabilidade. Assim sendo, para comparar os resultados obtidos com os dois solos estudados, na

5 condição inundada por 24 horas, foi realizada uma análise relacionando a redução no valor de mini-cbr, tanto para o ensaio de campo como para o ensaio de laboratório. Os resultados desta análise apresentam-se na Tabela 10. Tabela 10. Redução nos valores de mini-cbr Solo Redução natural (%) Redução inundada (%) Arenoso 59,1 43,6 Argiloso 38,1 43,4 A redução é a diferença entre os valores de laboratório e campo, dividida pelo valor de laboratório, e por fim multiplicado por 100. Baseado na Tabela 10, conclui-se que a redução no valor de mini-cbr na condição natural foi de 59,1% para o solo arenoso e 38,1% para o solo argiloso. Na condição inundada a redução no valor de mini-cbr foi de 43,6% para o solo arenoso e 43,4% para o solo argiloso. As repetibilidades dos ensaios foram analisadas segundo a ISO 5725 (1986). As equações, embora aqui não apresentadas, foram obtidas considerando-se como ensaios repetíveis aqueles em que 95% da diferença entre os resultados são menores que um determinado valor de repetibilidade, ou seja, a probabilidade de ocorrência, P, deve ser maior que esses 95%. Apresentam-se nas Tabelas 11 e 12, as probabilidades (P) com análise da repetibilidade para os resultados de teor de umidade e mini- CBR de campo para o solo arenoso e argiloso, respectivamente. Em seguida apresenta-se a mesma análise para a repetibilidade de laboratório, realizada por Ide (2005), Tabela 13. Comparando-se os resultados da análise de repetibilidade dos ensaios de campo com os de laboratório, é possível concluir que os valores de mini-cbr são repetíveis tanto no laboratório como no campo. Porém, contrariando-se o que se era esperado, os valores de teores de umidade no campo foram repetíveis e os de laboratório não repetíveis. Tabela 11. Valores das probabilidades do solo arenoso. Equações Teor de Umidade Mini-CBR de Campo 1 P=100% - 2 P=100% P=100% 3 P=44% - Tabela 12. Valores das probabilidades do solo argiloso. Equações Teor de Umidade Mini-CBR de Campo 1 - P=100% 2 P=100% P=100% 3 - P=67% Tabela 13. Valores das probabilidades de laboratório. Ensaios Eq. 1 Eq. 2 Eq. 3 Teor de Umidade sem - P=78% - Imersão Teor de Umidade Imerso - P=22% - 24 Horas Teor de Umidade Imerso - P=56% - 48 Horas Mini-CBR sem P=89% P=100% P=0% Imersão Mini-CBR Imerso 24 - P=100% - Horas Mini-CBR Imerso 48 Horas P=100% P=78% P=44% 4 CONCLUSÃO As análises mostraram a dificuldade de se correlacionar os resultados do ensaio de mini- CBR de campo com mini-cbr de laboratório, devido as variáveis intrínsecas aos ensaios. Porém, em uma avaliação preliminar, mas não conclusiva, nota-se que existe uma tendência da diferença dos dois valores diminuir com a quantidade de finos. Assim sendo, ficou claro através dessas análises que a mesma deve ser realizada com um maior número de solos de caracterização geológico-geotécnicas diferentes. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de registrar os seus agradecimentos à FAPESP pela concessão da bolsa de iniciação científica para realização do projeto em questão. REFERÊNCIAS.Associação Brasileira de Normas Técnicas (1984). Solo Grãos de solo que passam na peneira 4,8mm - Determinação da Massa Específica dos Sólidos. Método de Ensaio. NBR 6508/84. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas (1984). Solos Análise Granulométrica. Método de Ensaio. NBR 7181/84. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas (1984). Solo - Determinação do Limite de Liquidez. Método de Ensaio. NBR 6459/84. ABNT.

6 Associação Brasileira de Normas Técnicas (1984). Solo - Determinação do Limite de Plasticidade. Método de Ensaio. NBR 7180/84. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas (1986). Solo - Determinação da Massa Específica Aparente, in situ, com Emprego do Frasco de Areia. Método de Ensaio. NBR 7185/86. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas (1986). Solo Ensaio de Compactação. Método de Ensaio. NBR 7182/86. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas (1995). Rochas e Solos. NBR 6502/95. ABNT. Barros, C. O. A. (2003). Revisão da Correlação Mini- CBR/CBR para solos do Município de São Carlos-SP. São Carlos. Barroso, S. H. A. (2002). Estudos dos Solos da Região Metropolitana de Fortaleza para Aplicação na Engenharia Rodoviária. São Carlos. Departamento Nacional de Estradas e Rodagens. Manual de Projeto de Pavimento. DER SP. Projeto em Discussão DE 02/PAV-001. Departamento Nacional de Estradas e Rodagens. (1997). Solos Compactados em Equipamento Miniatura Mini-CBR e expansão. Método de Ensaio. DNER ME 254/97. 14p. Departamento Nacional de Estradas e Rodagens. (1994). Solos Compactados em Equipamento Miniatura Mini-MCV. Método de Ensaio. DNER ME 258/94. 14p. Departamento Nacional de Estradas e Rodagens. (1994). Solos Compactados em Equipamento Miniatura Determinação da Perda de Massa por Imersão. Método de Ensaio. DNER ME 256/94. 6p. Dias, G. F.; Barros, I. R.; Dias, M. E. P. (2003). Análise Laboratorial de uma Mistura de Solo-Cal como Alternativa para Pavimentação na Região da Grande Natal. Trabalho nº19. In: 12ª Reunião de Pavimentação Urbana. Aracaju. Giacheti, H. L.; Coelho, V. e Carvalho, D. (1998). Caracterização Geotécnica de Dois Perfis de Solos Tropicais com Base em Ensaios de Laboratório. In: XI COBRANSEG. Anais. Brasília. Volume 1. p Giroto, R. A. (2001). Avaliação da Capacidade de Suporte de Solos Típicos de Bauru. Trabalho de Graduação apresentado à Faculdade de Engenharia da Unesp, Bauru, sob orientação do Prof. Dr. Vladimir Coelho. Ide, D. M.; Peixoto, A. S. (2005). Estudo da Estabilização de Solo da Região de Bauru e Controle de sua Capacidade de Suporte. Congresso de Iniciação Científica da Unesp. Nogami, J. S. (1972). Determinação do Índice de Suporte Califórnia com equipamento de dimensões reduzidas (ensaio de Mini-CBR). In: 2ª Reunião das Organizações Rodoviárias. Brasília. Nogami, J. S.; Villibor, D. F. (1988). Nova Metodologia (MCT) de Estudos Geotécnicos e suas Aplicações em Rodovias Vicinais. I SENAVI. São Paulo. Nogami, J. S.; Villibor, D. F.; Sória, M. H. A. e Fabbri, G. P. (1993) Pavimentação com Solos Lateríticos. In: SOLOS DO INTERIOR DE SÃO PAULO. ABMS. Nogami, J. S.; Villibor, D. F. (1995). Pavimento de Baixo Custo com Solos Lateríticos. Ed. Villibor. São Paulo. Massad, F. (2003). Obras de Terra: Curso Básico de Geotecnia. São Paulo. Merighi, J. V.; Sterse, J. R.; Alvarez Neto, L.; Fortes, R. M. (1987). Controle de Compactação de Obras de Terra, através do Ensaio mini-mcv/hilf. In: 22 a Reunião Anual de Pavimentação. Maceió. Parsons, A. W. (1976). The Rapid Meassurement of the Moisture Condition of Earthmoving Material. Transport and Research Laboratory. Crowthorne. U. K. Pinto, C. S. (2002). Curso Básico de Mecânica dos Solos. São Paulo. 2ª Edição. p Röhm, S. A., Correa, F. C. (1980). Ensaio de Mini-CBR de campo. In: 15ª Reunião Anual de Pavimentação. Belo Horizonte. Röhm, S. A., Nogueira, J. B. (1990). Determinação de Mini-CBR através de ensaio de penetração dinâmica. In: 24ª Reunião Anual de Pavimentação. Belém ABPv. p Röhm, S. A., Nogueira, J. B. (1993). Determinação de Mini-CBR com Penetrômetro Dinâmico Leve PDL. Solos e Rochas. Vol 16, n3, pág Sória, M. H. A., Fabbri, G. T. (1980). O ensaio Mini- MCV Um ensaio de MCV, Moisture Condition Value, com corpos de prova de dimensões reduzidas. In: 15ª Reunião Anual de Pavimentação. Belo Horizonte. Stancati, G.; Nogueira, J. B.; Vilar, O. M. (1981). Ensaios de Laboratório de Mecânica dos Solos. São Carlos. EESC-USP.