ESTUDO DE SOLO ARGILOSO LATERÍTICO DO NOROESTE DO RIO GRANDE DO SUL PARA USO EM PAVIMENTOS ECONÔMICOS - MISTURAS DE SOLO LATERÍTICO - BRITA

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1 ESTUDO DE SOLO ARGILOSO LATERÍTICO DO NOROESTE DO RIO GRANDE DO SUL PARA USO EM PAVIMENTOS ECONÔMICOS - MISTURAS DE SOLO LATERÍTICO - BRITA Gracieli Borré Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ Departamento de Ciência Exatas e Engenharias DCEEng Curso de Engenharia Civil Cristiano Schmidt Della Flora Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ Departamento de Ciência Exatas e Engenharias DCEEng Curso de Engenharia Civil Cândida Bernardi Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ Departamento de Ciência Exatas e Engenharias DCEEng Curso de Engenharia Civil Pedro Goecks Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ Departamento de Ciência Exatas e Engenharias DCEEng Curso de Engenharia Civil Me. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ Departamento de Ciência Exatas e Engenharias DCEEng Curso de Engenharia Civil Dr. Cesar Alberto Ruver Universidade Federal do Rio Grande - FURG Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil Dr. Cezar Augusto Burkert Bastos Universidade Federal do Rio Grande - FURG Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil RESUMO Para um país como o Brasil que tem a necessidade de vultosos investimentos em infraestrutura, a inserção de conceitos de sustentabilidade e responsabilidade social, e a escassez de recursos financeiros para atendimento das demandas são fortes razões para o uso de materiais alternativos locais na execução de construção e manutenção de rodovias. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo descrever parte da pesquisa que pretende avaliar o uso de solo laterítico argiloso proveniente da cidade de Ijuí/RS, em bases e sub-bases para execução de pavimentos mais econômicos, misturados a brita de basalto. Este solo utilizado localmente como subleito de rodovias pavimentadas e de leito estradal de não pavimentadas, pode ser encontrado facilmente na região, contribuindo para a sua fácil obtenção e complementarmente reduzindo drasticamente o passivo ambiental que a pavimentação de vias provoca. A pesquisa utiliza tanto a metodologia tradicional, já amplamente reconhecida como não muito adequada para os solos tropicais como este solo laterítico fino, bem como a metodologia MCT, criada especificamente para estes tipos de solos e alicerçada na tecnologia proposta por Villibor e Nogami. Os resultados da pesquisa são estimulantes para a continuidade dos estudos, uma vez que, no estágio atual da investigação, parece possível o emprego destas misturas na constituição de bases e subbases, respectivamente, de rodovias vicinais e pavimentos urbanos sujeitos a todos os volumes de tráfego. Palavras-chave: Solos; Materiais Alternativos; Pavimentação; Argilas Lateríticas; Misturas SLAD. ABSTRACT For a country as Brazil that have the need for significant investments in infrastructure, the integration of concepts of sustainability and social responsibility, and the lack of financial resources for the large demands are strong reasons for the use of alternative materials in the spot of construction or maintenance of highways. In this context, this paper aims to describe part of the research that intends to evaluate the use of lateritic clay soil from the city of Ijuí / RS, bases and sub-bases for development of a more economical floor, mixed with crushed Basalt stone. This soil used locally as subgrade of paved roads and unpaved roadbed, can be easily found in the region, in this manner contributing for a easily material obtainment and bigger reduction of environmental liabilities that the road paving provokes. The research uses both the traditional method, widely recognized as not very suitable for tropical soils as our thin lateritic soil as well as the methodology MCT, created specifically for these kinds of soils and based on the proposal of Nogami and Villibor. The results are very encouraging for the sequel of studies, since, in the current stage of our results, it seems possible the use of these mixtures in the formation of bases and sub-bases, respectively, side roads and urban pavements subjected

2 to all traffic volumes. Keywords: Soils; Alternative Materials; Paving; Lateritic Clays; Mixtures: SLAD. 1. INTRODUÇÃO O Sistema Nacional de Viação indica que 80% da malha total são compostas de rodovias não pavimentadas, sendo 90% de jurisdição municipal (DNIT, 2011). Já no Rio Grande do Sul somente 7% das rodovias são pavimentadas (DNIT, 2012). Mesmo que no ano passado e a previsão deste ano não ocorra um crescimento econômico acentuado, a sociedade exige cada vez mais qualidade em infraestrutura e investimentos em pavimentação de rodovias. Por outro lado, o alto custo de exploração e transporte de agregados convencionais utilizados em bases e sub-bases de rodovias e as restrições ambientais impostas inviabilizam qualquer política intensiva de pavimentação, principalmente no âmbito municipal. Sendo assim, cresce o interesse e a necessidade pelo uso dos materiais alternativos. Estes materiais são encontrados próximos ou mesmo as margens das rodovias já implantadas, mas não pavimentadas, que podem ser utilizados em sua pavimentação contribuindo com o crescimento econômico das regiões com vistas a minimizar os impactos ambientais. Os engenheiros Douglas Fadul Villibor e Job Shuji Nogami desenvolveram uma nova sistemática de ensaios de solos que caracteriza melhor os solos tropicais em seu ambiente. Além disso, passados quase 40 anos da dissertação que Villibor (1974) apresentou sob o título Utilização de solo arenoso fino na execução de bases para pavimento de baixo custo, que causou enorme impacto no meio científico da área, os autores publicaram em 2009 o livro Pavimentos Econômicos Tecnologia do uso dos solos finos lateríticos que vem a coroar toda uma vida no estudo e desenvolvimento da pavimentação econômica. E neste mesmo livro, Villibor e Nogami (2009) no prefácio dissertaram: Almeja-se que os conceitos apresentados possam contribuir para o surgimento de novos programas de pesquisa na área de pavimentação no meio científico. Espera-se, também, que contribuam para acelerar a implementação de programas de rodovias vicinais com pavimentação de baixo custo para vias urbanas, algo que o Brasil é extremamente carente. Com este espírito em meados de 2012 propôs-se o projeto de pesquisa denominado Estudo de Solo Argiloso Laterítico para Uso em Pavimentos Econômicos vinculado ao Grupo de Pesquisa institucional da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ: Pesquisa em Novos Materiais e Tecnologias para Construção. Fazendo parte deste projeto e tema do trabalho de conclusão de curso da primeira autora, a presente pesquisa tem como objetivo avaliar o uso de solo argiloso, de caráter laterítico de acordo com a metodologia MCT, proveniente da cidade de Ijuí, em bases e sub-bases de pavimentos econômicos, misturado a brita de basalto de acordo com o estudo geotécnico de solo laterítico agregado para base com uso da MCT proposto em Villibor e Nogami (2009). De acordo com Villibor e Nogami (2009) as bases de solo-agregado são usadas em diversos estados brasileiros. No caso de São Paulo, em sua Região Central, seu uso é intenso, pois há abundância de jazidas de solos lateríticos ao lado de pedreiras comerciais que fornecem agregados britados com uniformidade granulométrica, a preços baixos. Estudos foram realizados por Couto (2009) em nosso estado com misturas solo-agregado com teor de 60% de brita para uso em bases e sub-bases, porém seguindo as especificações tradicionais baseadas nos ensaios de ISC e adequação a faixas granulométricas. Porém pouco diferente da metodologia proposta por Villibor e Nogami (2009) e adotada neste trabalho.

3 2. METODOLOGIA A metodologia do trabalho está alicerçada nas seguintes etapas: retirada das amostras de solo, realização de ensaios tradicionais de caracterização e compactação do solo natural, execução de ensaios da Metodologia MCT, definição das proporções de misturas de solo natural com brita de basalto, obtenção de dados de ensaios de abrasão Los Angeles e de sanidade da brita, realização de ensaios de granulometria e de suporte Califórnia (CBR) das misturas. A região de Ijuí, localizada no noroeste do estado do Rio Grande do Sul, de acordo com o Informativo da EMATER/RS de julho de 1999, que atualizou a Classificação Taxonômica das Unidades de Mapeamento do Levantamento de Reconhecimento dos Solos do Estado do Rio Grande do Sul, se insere na unidade de mapeamento LATOSSOLO VERMELHO Distroférrico típico (STRECK et al. 1999). Já a área em que se localizam os materiais estudados está inserida na região geológica da Formação Serra Geral, que segundo o IBGE (1986), é considerada como um agrupamento de vulcanitos predominantemente basálticos entremeados com termos ácidos, sobretudo no topo do pacote, e intercalados com arenitos de origem eólica da Formação Botucatu. A argila vermelha utilizada neste trabalho foi retirada de um corte próximo do prédio do curso de Veterinária, no campus da UNIJUÍ Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, na cidade de Ijuí (RS). A profundidade de extração das amostras foi em torno de 2 metros da superfície, pertencente ao horizonte B do latossolo. A brita, de número 1, utilizada nas misturas é oriunda de uma pedreira localizada em município próximo a Ijuí, Coronel Barros, distante 16 km, com custo de aquisição em torno de R$ 50,00 por metro cúbico. A argila vermelha utilizada no estudo foi escolhida por ter as características visuais semelhantes dos subleitos da malha viária das estradas vicinais de Ijuí e região. Apresenta-se na Figura 1 o local da retirada da amostra de solo. Figura 1. Foto do local da retirada das amostras do solo argiloso

4 Os ensaios de limite de liquidez e limite de plasticidade foram realizados, respectivamente, de acordo com a NBR 6459/1984 e a NBR 7180/1984. As análises granulométricas foram realizadas conforme a NBR 7181/1984. A massa específica real foi determinada pelo método preconizado na NBR 6508/1984. Os ensaios de compactação foram executados conforme o método de ensaio determinado pela NBR 7182/1986 utilizando a energia modificada. Todas as amostras dos ensaios de caracterização e de compactação descritos acima foram preparadas de acordo com a NBR 6457/1986. Já a determinação do Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR) foi feita conforme prescreve a NBR 9895/1987. Todos os ensaios citados acima foram realizados no Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUI. Os ensaios realizados para a classificação MCT da argila vermelha foram realizados no Laboratório de Geotecnia e Concreto da Escola de Engenharia da FURG - Universidade Federal de Rio Grande de acordo com o especificado por NOGAMI e VILLIBOR (1995). Os resultados dos ensaios de abrasão Los Angeles e sanidade (durabilidade pelo emprego de sulfato de sódio) foram realizados na Universidade Federal de Santa Maria. As misturas de solo natural e brita foram definidas conforme sugerido em Villibor e Nogami (2009). Como o solo natural foi classificado como LG (laterítico argiloso) as misturas foram realizadas com adição de brita na proporção em peso de 40, 45 e 50%, sendo chamadas respectivamente de SLAD 40 %, SLAD 45% e SLAD 50%. 3. RESULTADOS Como informado anteriormente, a proposta é estudar várias misturas solo laterítico agregado descontínuo (SLAD). De pesquisa com o mesmo solo foram utilizados os resultados de ensaios do solo natural (Bernardi et al, 2013) e posteriormente realizados os ensaios com a brita e as misturas SLAD. O solo no estado natural apresentou os valores de 65%, 39% e 26%, respectivamente para limite de liquidez, limite de plasticidade e índice de plasticidade. A massa específica real foi de 2,885 g/cm³. Quanto às classificações de solos tradicionais, a do Sistema Unificado de Classificação de Solos SUCS ou Classificação de Casagrande, leva em conta a granulometria, a plasticidade e a presença de matéria orgânica. Por este sistema, a argila vermelha de Ijuí foi classificada como MH silte elástico. Já segundo o Sistema Rodoviário de Classificação HRB/AASHTO, o solo é do grupo A-7-5 (18). Segundo DNER (1996), o grupo de solo A-7-5 encerra materiais com índice de plasticidade moderado em relação ao limite de liquidez, podendo ser altamente elástico e sujeito a elevadas mudanças de volume. E indica também que o comportamento do solo como subleito é considerado sofrível a mau. No Laboratório de Geotecnia e Concreto da Universidade Federal do Rio Grande FURG foram realizados ensaios para a classificação MCT do solo natural. Os valores obtidos para c (coeficiente angular), d (coeficiente de inclinação), e Pi (perda de massa por imersão) para mini-mcv, foram respectivamente 2,86, 41,50 e 0%. Com os valores de d e PI calcula-se o coeficiente e pela equação (1) abaixo: (1)

5 Calculando e obtém-se (0,78). Com este valor e o de c, pode-se classificar a argila como solo de comportamento laterítico argiloso LG por meio do gráfico de classificação MCT que é apresentado na Figura 2. Figura 2. Gráfico de classificação MCT Na Figura 3 apresentam-se as curvas granulométricas do solo natural, da brita e das misturas SLAD. Figura 3. Curva granulométrica da argila, da brita e das misturas SLAD

6 Já Couto (2009) estudou misturas solo-agregado utilizando uma argila muito semelhante retirada da rodovia RS-529, no trecho entre Davi Canabarro e Casca a cerca de 240 km de Ijuí. Os resultados de ensaios de limites de liquidez e de plasticidade e índice de plasticidade foram de 53%, 30 % e 23%. A porcentagem passante na peneira nº 200 das duas argilas são iguais no valor de 94%. Os valores obtidos para o coeficiente e (índice de laterização), c (coeficiente angular), d (coeficiente de inclinação), e Pi (perda de massa por imersão) para mini-mcv, foram respectivamente 0,77, 2,4, 48 e 0%, valores muito semelhantes aos valores encontrados pela argila de Ijuí. Villibor e Nogami (2009) recomendam que o agregado britado deva atender a características de resistência dos grãos e de granulometria. Para a primeira, o resultado do ensaio de abrasão Los Angeles deve ser menor de 50% e para a segunda característica a brita deve atender os requisitos de 100% passando na peneira 1 e no máximo 10% passando na peneira de 2 mm. Foi realizado na Universidade Federal de Santa Maria o ensaio de Abrasão Los Angeles, apresentando 10,85% de perda de material graúdo, resultado muito abaixo do mínimo recomendado. Além disso apresentou perda de 1,41% do material graúdo no ensaio de sanidade (ensaio de durabilidade pelo emprego de sulfato de sódio). Já ao analisar a curva granulométrica observa-se que a brita atende ao recomendado quanto a granulometria. Na tabela 1, apresenta-se a faixa granulométrica que as misturas SLAD devam atender proposta por Villibor e Nogami (2009). Percebe-se que as misturas SLAD 40%, 45% e 50% atendem ao proposto pelos pesquisadores. Tabela 1. Faixa granulométrica de enquadramento das misturas SLAD PENEIRA DE MALHA QUADRADA ASTM mm % EM PESO QUE PASSA 1" 25,4 100 TOLERÂNCIA - 3/8" 9, ±5 n 10 2, ±5 n 40 0, ±5 n 200 0, ±5 Já Couto (2009) propôs estudar uma mistura de 40 % de solo e 60 % de agregado baseando em resultados obtidos por Silveira e Ceratti (2000). O solo natural e as misturas SLAD apresentaram curvas de compactação na energia modificada conforme a Figura 4. Percebe-se tanto para o solo natural como para as misturas que com o aumento da energia de compactação os valores do peso específico aparente seco máximo aumentam e diminui a umidade ótima, comportamento esperado. Percebe-se também que para todas as misturas SLAD, com o aumento da porcentagem de brita ocorreu um aumento do peso específico aparente seco máximo e uma diminuição da umidade ótima, ratificando um resultado também esperado.

7 Figura 4. Curvas de compactação do solo natural e das misturas SLAD Constam na Tabela 2 os dados dos pesos específicos aparentes secos máximos e das umidades ótimas, tanto do solo natural como para as misturas SLAD na energia modificada. Tabela 2. Umidade ótima e PEAS máximo de ensaio de compactação-energia modificada MISTURA SLAD (%) Peso específico aparente seco máximo (kn/m³) Umidade ótima (%) Natural 15,40 28, ,26 17, ,70 16, ,25 15,00 Na Figura 5 apresenta-se uma relação com todos os pontos de umidades ótimas e os pesos específicos aparentes secos máximos (PEASmax) para a energia modificada para o solo natural e as três misturas SLAD. Percebe-se uma forte correlação e tendência de aumento do peso específico máximo e uma diminuição da umidade ótima com o aumento do teor de brita. Ocorre um salto considerável no valor do PEASmax com a adição de brita na mistura porém a partir daí a variação é menor porém contínua com aumento do teor de brita.

8 Peso Específico Aparente Seco (kn/m³) 21,00 20,00 PEASmax = -0,3637wot + 25,595 R² = 0,999 19,00 18,00 17,00 16,00 15,00 13,00 15,00 17,00 19,00 21,00 23,00 25,00 27,00 29,00 Umidade Ótima (%) Figura 5. Peso específico aparente seco máximo x umidade ótima Comparando os resultados obtidos do ensaio de compactação na energia modificada para a argila estudada por Couto (2009) que obteve os valores de 16,05 kn/m³ e 25,40 % para a PEASmax e umidade ótima percebe-se a pequena diferença, porém indicando um comportamento um pouco melhor quanto a compactação desta argila em relação a de Ijuí. O Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou CBR (Califórnia Bearing Ratio) do solo natural na energia normal foi de 10% e expansão de 0,22%. De acordo com a especificação DNIT-ESP- 137/2010, o solo para ser utilizado como subleito não deve apresentar expansão maior que 2%. Já na especificação DNIT-ESP-138/2010, o solo para ser utilizado como reforço de subleito não deve apresentar expansão maior que 1%. Portanto, o solo natural de Ijuí atende as duas especificações que indicam sua utilização como subleito e como reforço do subleito. Para a energia intermediária e modificada obteve-se os valores de CBR e expansão para o solo natural de 21% e 0,30% e 28% e 0,54%, respectivamente. Na Tabela 3 e na Figura 6 apresentam-se os valores de CBR para as misturas SLAD comparado com o solo natural na energia modificada. Percebe-se que praticamente não há aumento nos valores de CBR com a adição de brita. Tabela 3. Valores de CBR e expansão das misturas SLAD na energia modificada MISTURA EXPANSÃO CBR (%) SLAD (%) (%) Natural 28 0, , , ,11

9 O DNIT nas suas especificações estabelece que o CBR do solo deva ser maior que 60% ou 80%, dependendo do tráfego para uso em bases. O solo natural e a as misturas SLAD 40, 45 e 50 % não atendem ao especificado para uso em bases. Já Villibor e Nogami (2009) recomendam que para um tráfego Nt maior que 5 x10 6 o CBR de misturas SLAD seja maior que 60% e para Nt entre 5 x10 6 a 10 7 o CBR seja maior que 80%. Para os dois volumes de tráfego a expansão deve ser menor que 0,3%. Percebe-se que nenhuma das misturas SLAD atendem o recomendado quanto aos valores de CBR, porém atende quanto aos valores de expansão. Couto (2009) obteve o valor máximo de 60% para o CBR na proporção de 60% brita. Figura 6. Índice suporte Califórnia para o solo e misturas SLAD na energia modificada 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados indicam que as misturas SLAD com o solo argiloso laterítico estudado nas proporções recomendadas de 40 %, 45 % e 50% por Nogami e Villibor não atendem tanto ao especificado para o DNIT como para o recomendado por Villibor e Nogami. Imagina-se que os baixos valores de CBR ocorrem devido aos grãos de brita ainda estarem imersos na massa de solo e não estarem em contato entre si. Couto (2009) observou que o valor de 60 % para o CBR na umidade ótima para a mistura de 60% de brita, resultado que atenderia as especificações do DNIT para tráfego menor e também atenderia o recomendado por Nogami e Villibor para tráfego Nt entre 5 x10 6 a Como continuidade da pesquisa será estudada as misturas SLAD 55, 60 e 65% para que efetivamente possa se avaliar se alguma delas atende ao valor mínimo de 60% ou 80% para CBR. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao MEC-SESu pelas bolsas PET, a colaboração do Laboratório de Geotecnia e Concreto da FURG e ao Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ.

10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bernardi, C.; Della Flora, C.S.; Borré, G.; Goecks, P.; Wayhs, C.A.S.P.; Ruver, C.A.; e Bastos, C.A.B. (2013) Estudo de Solo Argiloso Laterítico do Noroeste do Rio Grande do Sul para Uso em Pavimentos Econômicos Misturas ALA. Anais da19ª RPU Reunião de Pavimentação Urbana. Cuiabá - MT. Couto, J.B. (2009). Estudo de misturas de solo-agregado em bases e sub-bases rodoviárias no Rio Grande do Sul: caracterização de laboratório e execução de trecho experimental. Porto Alegre, Dissertação de Mestrado Pós Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (USP). Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes DNIT. (2011). Relatório Funcional das Rodovias Federais. Sistema de Gerência de Pavimentos SGP-DNIT. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes DNIT. (2012). Rede Rodoviária do PNV Divisão em Trechos Coordenação de Planejamento. Site IBGE. Projeto RADAM Brasil. (1986) Levantamento de Recursos Naturais. Rio de Janeiro v p. Nogami, J. e Villibor, D.F. (1995). Pavimentação de baixo custo com solos lateríticos. São Paulo: Villibor. Silveira, J.; Ceratti, J.C. (2000) Resultados obtidos do estudo de misturas solo-agregado. Anais da 32ª RPAv Reunião Anual de Pavimentação. Brasília - DF. STRECK, E.V.; KÄMPF, N.; KLAMT, E. (1999) Atualização da classificação taxonômica das unidades de mapeamento do levantamento de reconhecimento dos solos do estado do Rio Grande do Sul. Informativo da EMATER/RS, Porto Alegre, v.16, n.9, p.1-5, julho,1999. Villibor, D.F; Nogami, J. (2009). Pavimentos econômicos tecnologia do uso dos solos finos lateríticos. São Paulo: Editora Arte & Ciência. Villibor, D.F. (1974). Utilização de solos arenosos finos na execução de bases para pavimentos de baixo custo. São Carlos, Dissertação de Mestrado em Transportes Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo (USP). Endereço dos autores Rua do Comércio, 3000, Bairro Universitário, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, Ijuí, Brasil, graborre@gmail.com. Escola de Engenharia, Av. Itália, Km 8, Bairro Carreiros, Universidade Federal do Rio Grande - FURG, Rio Grande, Brasil, cesar.ruver@gmail.com, cezarbastos@furg.br