UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL UNIJUI CRISTIANO SCHMIDT DELLA FLORA

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1 UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL UNIJUI CRISTIANO SCHMIDT DELLA FLORA ESTUDO COMPARATIVO ENTRE SOLOS ARENOSOS FINOS LATERÍTICOS DO RIO GRANDE DO SUL PARA EMPREGO EM PAVIMENTOS ECONÔMICOS Ijuí 2015

2 CRISTIANO SCHMIDT DELLA FLORA ESTUDO COMPARATIVO ENTRE SOLOS ARENOSOS FINOS LATERÍTICOS DO RIO GRANDE DO SUL PARA EMPREGO EM PAVIMENTOS ECONÔMICOS Projeto de Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil. Orientador: Prof. Me. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs Ijuí 2015

3 CRISTIANO SCHMIDT DELLA FLORA ESTUDO COMPARATIVO ENTRE SOLOS ARENOSOS FINOS LATERÍTICOS DO RIO GRANDE DO SUL PARA EMPREGO EM PAVIMENTOS ECONÔMICOS Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora. Ijuí, 09 de novembro de 2015 Prof. Carlos Alberto S. P. Wayhs Mestrado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Orientador Prof. Lia Geovana Sala Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA Prof. Carlos Alberto S. P. Wayhs (UNIJUÍ) Mestrado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul Prof. José Antônio S. Echeverria(UNIJUÍ), Mestrado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul

4 Aos meus pais, Santo e Liane, pelo amor, compreensão, incentivo e exemplo de vida.

5 AGRADECIMENTOS Aos meus pais, Santo e Liane, por serem meu porto seguro, meus maiores motivadores, por terem me dado todo o suporte e amor necessário, pela compreensão, pela educação, pelo amor que me deram e pela pessoa que me tornei. Meu amor por vocês é incondicional; Ao meu irmão, Gaspar, pela amizade e compreensão, confiante em minha capacidade e presente em todos os momentos; A minha avó de coração e meus afilhados por fazerem parte da minha vida; Ao meu orientador, Carlos, pela paciência e auxílio prestado durante o desenvolvimento deste trabalho, por acreditar na minha capacidade, por ter me apresentado a Geotecnia e pela amizade; A todos os demais professores, que durante a graduação dividiram seus conhecimentos e não mediram esforços para ensinar; Ao professor Cezar, da FURG, pela disponibilização de hotel e do laboratório da universidade de forma gratuita para a realização dos principais ensaios para este trabalho e principalmente pelo seu tempo e ajuda sempre que preciso; Ao Laboratório de Engenharia Civil da FURG em especial aos funcionários Régis e Bruno pelo auxílio; Ao Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ e principalmente aos funcionários Túlio, Roberto e Luiz, dispostos a ajudar sempre que preciso; A todos que me ajudaram a escolher e desenvolver este trabalho. A Cândida, Gracieli e Tâmela por me incluírem na pesquisa que levou-me a escolher este tema. Ao Lucas, a Mariana, o Hugo e a Anna pelo auxílio nos ensaios sempre que precisei. Ao Vinícios e ao Rafael pelo auxílio na logística com o solo Tupã. Às secretárias do Curso, Cassiana e Rosane, por todas as inúmeras horas de conversa durante os dias, pelo companheirismo, pelos mates e pela competência.

6 A todos os colegas, pela compreensão e companheirismo, pelos momentos de distração e aprendizagem, por estarem ao meu lado quaisquer que fossem as circunstâncias. Aos que começaram comigo, principalmente a Geannina, o Gilnei, a Jéssica, o Maurício, a Emmanuelle e o Dirjan. Em especial a Geisiele, que foi a primeira colega que encontrei na faculdade e pela amizade, mesmo no período que estive fora, estando sempre presente. Aos que conheci devido ao PET, Cândida, Eduardo, Camila, Gracieli, Caito, Pamela, Pedro, Liliane, Carine, Lucas, entre tantos outros pelas manhãs no laboratório, almoços, ensaios e festas. Aos que conheci ao longo da faculdade, em especial a Mariana, o Ricardo, a Gabriela e a Tatiane, pelas noites em claro neste último semestre e pela amizade; E por fim a DEUS, pelo dom da vida, por tudo de maravilhoso que aconteceu em minha vida durante esta faculdade e por me manter sempre forte, guiando meus passos para a concretização dos meus sonhos e objetivos. Por fim gostaria de agradecer a todos os meus amigos criados durante esta faculdade, MUITO OBRIGADO!

7 Agradeço todas as dificuldades que enfrentei; não fosse por elas, eu não teria saído do lugar. Chico Xavier

8 RESUMO FLORA, C. S. D. Estudo comparativo entre solos arenosos finos lateríticos do Rio Grande do Sul para emprego em pavimentos econômicos Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ, Ijuí, O uso de agregados convencionais, tais como brita graduada de rocha sã, em bases e sub-bases de rodovias tem se tornado praticamente inviável para rodovias vicinais. O alto custo de exploração destes materiais, a escassez de recursos públicos, distância de transporte e preocupação com o meio ambiente são fatores limitadores para seu uso. Por outro lado, o crescimento econômico acelerado exige a criação de rodovias vicinais para facilitar o fluxo de cargas e a comunicação entre as regiões. Soluções economicamente viáveis que divirjam da prática atual e mantenham a trafegabilidade nestas regiões são necessárias e deverão ser utilizadas cada vez mais pelas instituições responsáveis. O presente trabalho de conclusão de curso tem como objetivo comparar, caracterizar e avaliar a utilização de solos arenosos finos lateríticos do Rio Grande do Sul para utilização em bases e sub-bases de pavimentos econômicos. Contudo, as classificações de solos tradicionais definem os solos tropicais na maioria das vezes como materiais inadequados para uso em camadas de pavimento, fato que levou os pesquisadores Douglas Fadul Villibor e Job Shuji Nogami a desenvolver uma classificação mais adequada para estes solos, com enfoque na pavimentação, surgindo assim a Metodologia e Classificação MCT. Logo, esta pesquisa baseou-se predominantemente nesta metodologia para avaliar a viabilidade deste trabalho. Para a realização desta pesquisa foram ensaiados solos de três locais diferentes do estado do Rio Grande do Sul, tanto pela metodologia tradicional quanto pela metodologia MCT. A partir disso concluiu-se que todos os solos utilizados eram lateríticos, porém o solo Cipó não atendia os requisitos para utilização de forma natural. Dentre os outros dois solos, a amostra de Jóia não atendeu o quesito de Infiltrabilidade e a amostra de Tupã foi aprovada. Palavras-chave: Pavimentação. Materiais Alternativos. Rodovias Vicinais.

9 ABSTRACT FLORA, C. S. D. Comparative study of lateritic fine sandy soil from Rio Grande do Sul for use in economic pavements Final Paper. Civil Engineering Course, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ, Ijuí, The use of conventional aggregates such as graded crushed stone of bed rock, in bases and subbases of roads has become virtually unviable to be used in feeder roads. The high cost of exploration of these materials, the lack of public resources, the distance of transportation and the concern for the environment are limiting factors for its use. On the other hand, the rapid economic growth requires the creation of feeder roads to facilitate the flow of cargo and communication between regions. Economically feasible solutions that differ from current practice and maintain traffic flow in these regions are necessary and should be increasingly used by responsible institutions. This final paper aims to compare, characterize and evaluate the use of lateritic fine sandy soil from Rio Grande do Sul for use in bases and sub-bases of economic pavements. However, traditional soil classifications define tropical soils mostly as inadequate materials for use in paving layers, a fact that led the researchers Douglas Fadul Villibor and Job Shuji Nogami to develop a more appropriate classification for these soils, focusing on paving, thus resulting in the MCT Methodology and Classification. Therefore, this study is be based predominantly on this methodology to assess feasibility of this work. For this research were tested soils from three different locations in the Rio Grande do Sul state, both by traditional methodology as well as the MCT methodology. From this it is concluded that all soils used were lateritic, but Cipó soil did not meet the requirements for use in a natural way. Among the other two soils, the Jóia sample did not meet the requisite of infiltration rate and the Tupã sample was approved. Keywords: Paving. Alternative Materials. Feeder Roads.

10 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Seção transversal típica de um pavimento rodoviário com base SAFL Figura 2: Sistema unificado de classificação de solos Figura 3: Gráfico da plasticidade Figura 4: Classificação dos solos HRB Figura 5: Ábaco para classificação MCT Figura 6: MCT - Método da pastilha Figura 7: Localização dos materiais alternativos do RS Figura 8: Faixa Granulométrica Recomendada para Bases de SAFL Figura 9: Hierarquização dos SAFL com base na classificação MCT Figura 10: Delineamento de pesquisa Figura 11: Cidades de coleta dos solos Figura 12: Coleta da amostra Cipó Figura 13: Coleta da amostra Jóia Figura 14: Coleta da amostra Tupã Figura 15: Preparo de amostras Figura 16: Ensaio de granulometria por sedimentação Figura 17: Ensaio de compactação Figura 18: Ensaio de CBR Figura 19: Ensaio de compactação mini-proctor Figura 20: Rompimento do mini-cbr Figura 21: Ensaio de contração Figura 22: Ensaio de perda de massa por imersão Figura 23: Classificação expedita das amostras Figura 24: Curva granulométrica por sedimentação e peneiramento das amostras Figura 25: Faixa Granulométrica Recomendada para Bases de SAFL Figura 26: Curvas de compactação das amostras Figura 27: Curva de compactação mini Proctor intermediária Figura 28: Curvas de variação dos Mini-CBR Figura 29: Ensaio de contração das amostras Figura 30: Exemplo de curvas de compactação... 65

11 Figura 31: Exemplo de curva Mini-MCV Figura 32: Exemplo de curva Mini-MCV x Pi Figura 33: Classificação MCT e hierarquização das amostras... 68

12 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Comparação de preços, por m², de diferentes tipos de bases Tabela 2: Valores Recomendados para Bases de SAFL Tabela 3: Granulometria com defloculante em percentagem das amostras Tabela 4: Limites de Atterberg das amostras Tabela 5: Classificação SUCS e HRB das amostras Tabela 6: Resultados do ensaio de Proctor Tabela 7: CBR das amostras Tabela 8: Mini Proctor Intermediário das amostras Tabela 9: Mini-CBR e expansão das amostras Tabela 10: Valores de contração Tabela 11: Coeficientes e Classificação MCT Tabela 12: Compilação de critérios de aceitação... 69

13 LISTA DE SIGLAS AASHTO ABNT CBR DAER DER DNIT FURG Ho HRB IBGE IP ISC LA LA LEC LG LL LP MCT MCV American Association of State Highway Transportation Officials Associação Brasileira de Normas Técnicas California Bearing Ratio Departamento Autônomo de Estradas e Rodagem Departamento de Estradas e Rodagens Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes Fundação Universidade Federal do Rio Grande Umidade ótima do ensaio de compactação na metodologia MCT Highway Research Board Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística Índice de Plasticidade Índice de Suporte Califórnia Areia laterítica Solo arenoso laterítico Laboratório de Engenharia Civil Solo argiloso laterítico Limite de Liquidez Limite de Plasticidade Miniatura, Compactado, Tropical Moisture Condition Value

14 MEAS NA NA NG NS PET PSI RIS RS SAFL SUCS SP TRB Massa Específica Aparente Seca Areia não laterítica Solo arenoso não laterítico Solo argiloso não laterítico Solo siltoso não laterítico Programa de Educação Tutorial Perda de Suporte de Imersão Índice ou relação RIS Rio Grande do Sul Solo Arenoso Fino Laterítico Sistema Unificado de Classificação de Solos São Paulo Transportation Research Board

15 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO CONTEXTO PROBLEMA Questões de Pesquisa Objetivos de Pesquisa Descrição do trabalho REVISÃO DA LITERATURA PAVIMENTOS ECONÔMICOS CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS Sistema Unificado de Classificação de Solo (SUCS) Sistema Rodoviário de Classificação - HRB/AASHTO Classificação MCT SOLOS ARENOSOS FINOS LATERÍTICOS (safl) Ocorrência dos SAFL no estado do Rio Grande do Sul Bases e sub-bases de SAFL Especificações dos SAFL para Bases de Pavimentos Peculiaridades sobre o comportamento de pavimentos com bases SAFL MÉTODO DE PESQUISA ESTRATÉGIA DE PESQUISA DELINEAMENTO ESCOLHA DAS JAZIDAS E MATERIAIS Solo Capão do Cipó Solo Jóia Solo Tupã SEQUÊNCIA EXECUTIVA E ENSAIOS LABORATORIAIS Ensaios tradicionais Preparação das amostras Análise Granulométrica das Amostras Consistência do solo Limites de Atterberg Compactação do solo Índice de Suporte Califórnia (ISC) Metodologia MCT... 47

16 Ensaio de Compactação Mini-Proctor (M1) Ensaio Mini-CBR e Expansão (M2) Ensaio de Contração (M3) Ensaios de Infiltrabilidade e Permeabilidade (M4) Ensaio de Compactação Mini-MCV (M5) Ensaio de Perda de Massa por Imersão (M8) Classificação Geotécnica MCT (M9) RESULTADOS MÉTODO DAS PASTILHAS CARACTERIZAÇÃO PELA GEOTÉCNICA TRADICIONAL Granulometria Limites de Atterberg Classificação Tradicional Compactação dos solos Índice de Suporte Califórnia (ISC) CARACTERIZAÇÃO PELA METODOLOGIA MCT Compactação Mini-Proctor (M1) Mini-CBR e Expansão (M2) Contração (M3) Compactação Mini-MCV (M5) Perda de massa por imersão (M8) Classificação Geotécnica MCT (M9) COMPILAÇÃO FINAL DOS CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO CONCLUSÕES REFERÊNCIAS... 72

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18 16 1 INTRODUÇÃO Este projeto tem como tema a utilização de materiais alternativos locais para a confecção de pavimentos econômicos. Nele foi realizado um comparativo entre três amostras de diferentes locais de solos arenosos lateríticos finos do Estado do Rio Grande do Sul e uma análise de possíveis utilizações suas em bases e sub-bases de pavimentos econômicos de acordo com os resultados dos ensaios realizados. 1.1 CONTEXTO Foi proposto em meados de 2012 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. Como bolsista PET na época, o autor ingressou no projeto e desenvolveu grande interesse pela área de Geotecnia. Ainda como parte desta pesquisa, em 2012, um artigo apresentado pelo autor no Salão de Iniciação Científica da UNIJUÍ foi premiado como destaque da área das Engenharias. Devido a isto e por motivos práticos, como estradas vicinais que precisam ser pavimentadas na região onde mora, o autor optou por este tema, sendo o mesmo relacionado ao projeto de pesquisa acima citado. A utilização de solos na engenharia é uma técnica já conhecida, e seus estudos tecnológicos são frequentemente tema de muitas pesquisas. Por ser um material facilmente encontrado, abundante em todas as regiões e com menor valor de aquisição, é de grande importância o conhecimento de suas propriedades para o seu melhor aproveitamento. Dados atualizados do Sistema Nacional de Viação indicam que 78,6 % do total da malha rodoviária brasileira são compostos de rodovias não pavimentadas, sendo 91,26% de jurisdição municipal. O Rio Grande do Sul tem apenas 7,25% de sua malha pavimentada, correspondendo a ,1 km, e 97,76% da porção não pavimentada é de jurisdição municipal. (DNIT, 2014) A razão para estes índices está diretamente relacionada aos altos custos de materiais convencionalmente empregados na pavimentação e na escassez de recursos públicos. Sabe-se que a maioria absoluta das vias não pavimentadas do estado são municipais muitas vezes nomeadas de Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

19 17 estradas vicinais. Segundo DER/SP (2012) as vicinais, são em geral estradas municipais, pavimentadas ou não, de uma só pista, locais, e de padrão técnico modesto, compatível com o tráfego que as utiliza. Estabelece-se que as vicinais pavimentadas são denominadas rodovias vicinais e as não pavimentadas estradas vicinais. As vicinais são mais tolerantes as especificações de seus materiais constituintes, por serem destinadas ao tráfego leve. Portanto, aumenta-se o interesse e a necessidade da busca de materiais alternativos, visando-se a viabilização da pavimentação econômica e o progresso, contribuindo para o crescimento das economias locais e diminuindo os danos ao meio ambiente. A utilização de materiais locais na pavimentação gera uma enorme redução nos custos das obras, tornando mais viável a execução de pavimentos por prefeituras, mesmo com os baixos orçamentos. Logo, uma das formas de viabilizar economicamente a construção de rodovias é a utilização de materiais locais, alternativos aos materiais tradicionais. Oliveira (2001, apud WAYHS, 2004, p. 4) relata a utilização de materiais alternativos ou com potencialidade de uso no estado do Rio Grande do Sul como plintossolo, saibros de granito/gnaisse, basaltos alterados, lateritas e solos arenosos finos lateríticos (SAFL). 1.2 PROBLEMA A ocorrência de solos arenosos finos lateríticos que podem ser empregados em bases de pavimentos perfaz cerca de 57% da área do estado de São Paulo. Outras ocorrências significativas são registradas nos estados do Paraná, Goiás, Mato Grosso, Bahia e Minas Gerais. Segundo dados de Villibor et al. (2000), até o ano de 2000 mais de km de estradas utilizando bases de SAFL já haviam sido executadas, sendo km no estado de São Paulo. Alguns destes pavimentos apresentam-se em boas condições após mais de 25 anos de serviço. Em termos de vias urbanas já foram construídos mais de 10 milhões de metros quadrados de bases em SAFL em todo o território nacional. Contudo, quando se trata do Rio Grande do Sul, dados e estudos referentes ao tema são escassos. Porém, pesquisas em levantamentos geológicos e pedológicos têm revelado a possibilidade de novas ocorrências de SAFL, até mesmo no Rio Grande do Sul. Passos, Davidson Dias e Ceratti (1991 apud FELTEN, 2005, p. 31) estudaram a ocorrência de solos arenosos finos Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

20 18 no Rio Grande do Sul, com destaque à Latossolos Vermelho-Escuros, ocorrentes no Planalto Médio e associados à presença da Formação Tupanciretã Questões de Pesquisa Quais solos são apropriadas para a utilização em bases e sub-bases de pavimentos? As amostras estudadas podem ser utilizadas com sucesso em base e sub-base de pavimentos econômicos? Objetivos de Pesquisa Este projeto tem como objetivo geral comparar, caracterizar e avaliar o potencial de solos arenosos finos lateríticos encontrados no Estado do Rio Grande do Sul para construção de bases e sub-bases de pavimentos econômicos destinados a baixo volume de tráfego. Os objetivos específicos são: Identificar jazidas de solos arenosos finos com presumível comportamento laterítico; Realizar ensaios tradicionais de caracterização e compactação; Caracterizar os solos destas jazidas pela Metodologia MCT; Avaliar o solo SAFL de melhor desempenho para emprego em bases e sub-bases na pavimentação aplicando critérios estabelecidos com base na Metodologia MCT para seleção de solos arenosos finos lateríticos Descrição do trabalho Este trabalho está dividido em cinco capítulos: O capítulo 1, Introdução, faz considerações sobre a importância do trabalho, seus objetivos e sua estrutura. O capítulo 2, Revisão da Literatura, aborda os diversos assuntos envolvidos na utilização de SAFL em vicinais. Os assuntos revisados são: pavimentos econômicos, classificação dos solos e solos arenosos finos lateríticos. Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

21 19 O capítulo 3, Método de Pesquisa, descreve a estratégia de pesquisa, o seu delineamento, a forma de escolha das jazidas e amostras e os ensaios a serem realizados, sendo estes divididos entre a metodologia tradicional e a metodologia MCT. O capítulo 4, Resultados, apresenta os resultados de todos os ensaios realizados, das metodologias tradicional e MCT, contendo análises sobre os mesmos e classificação das amostras. O capítulo 5, Conclusão, sintetiza os resultados, fazendo o fechamento de ideias, e faz sugestões para trabalhos futuros. Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

22 20 2 REVISÃO DA LITERATURA Neste capítulo será feita a revisão bibliográfica de temas pertinentes ao assunto, como forma de introduzir os conceitos que já foram e serão posteriormente abordados. Os tópicos abordados serão pavimentos econômicos, solos arenosos finos lateríticos e classificação dos solos. A classificação foi avaliada comparando a tradicional e a metodologia MCT, que é assunto chave deste projeto. 2.1 PAVIMENTOS ECONÔMICOS Segundo Bernucci et al. (2006), pavimentos são um sistema de sobreposição de camada sobre uma fundação chamada de subleito, em que seu comportamento estrutural depende da espessura de cada uma das camadas. De forma geral os pavimentos podem ser classificados em: rígidos e flexíveis. De acordo com Senço (19--?), os rígidos são pouco deformáveis, constituído principalmente de concreto. Já os pavimentos flexíveis são aqueles em que as deformações, até certo limite, não levam ao rompimento. O DAER/RS (apud JOHNSTON, 2010, p. 73) considera pavimento de baixo custo quando, são utilizados materiais cujos custos de execução são substancialmente menores que os convencionais por m 3 depois de acabado. De acordo com Villibor e Nogami (2001) pavimentos ditos de baixo custo são caracterizados por: Utilizar bases compostas por solos, que tem custos de execução substancialmente menores que as convencionais, como por exemplo: brita graduada, macadame hidráulico, solo cimento, etc; Utilizar revestimento betuminoso tipo tratamento superficial, com espessura de não mais que de 3 cm, geralmente, da ordem de 1,5 cm; Considerar o trânsito no máximo do tipo médio, com Nt<10 6 solicitações. A Figura 1 ilustra uma seção transversal de um pavimento de baixo custo. Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

23 21 Figura 1: Seção transversal típica de um pavimento rodoviário com base SAFL Fonte: Villibor e Nogami (2001, p. 857) Senço (19--?) distingue as seguintes camadas em um pavimento rodoviário: Subleito: é o terreno de fundação do pavimento. Comumente, isto é a estrada já em tráfego há algum tempo, e a qual se pretende pavimentar, apresenta-se como superfície irregular, exigindo a regularização; Regularização: é a camada de espessura irregular, construída sobre o subleito e destinada a conformá-lo, transversal e longitudinalmente, com o projeto; Reforço de subleito: é uma camada com espessura constante, constituída, se necessário, acima da regularização, com características técnicas inferiores aos usados na camada que lhe for superior, porém superiores ao material do subleito; Sub-base: é a camada complementar a base, quando, por circunstâncias tecnoeconômicas, não for mais aconselhável construir a base diretamente sobre a regularização ou reforço do subleito; Base: é a camada destinada a receber ou distribuir esforços oriundos do tráfego, sobre a qual se constrói o revestimento; Revestimento (capa de rolamento): é a camada, tanto quanto possível impermeável, que recebe diretamente a ação do tráfego, e destinada a melhorar a superfície de rolamento quanto as condições de conforto e segurança, além de resistir ao desgaste (durabilidade). Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

24 22 Villibor e Nogami (2009) citam como tipos de bases de baixo custo utilizados para pavimentos econômicos, os seguintes: Bases de SAFL (Solos Arenosos Finos Lateríticos), material de ocorrência natural; Bases de Solo Laterítico-Agregado: ALA (Argila Laterítica Areia) e SLAD (Solo Laterítico Agregado Descontinuo). Villibor e Nogami (2009) ainda apresentam uma comparação de custos entre a execução de pavimentos econômicos e pavimentos que usam bases tradicionais. Na Tabela 1 apresentam-se comparações de preços utilizando como referência o pavimento de SAFL, onde percebe-se que o preço total da base de brita graduada representa um valor cerca de 90 % mais oneroso do que o preço total da base de SAFL. Tabela 1: Comparação de preços, por m², de diferentes tipos de bases Fonte: Villibor e Nogami (2009, p. 202) O emprego de materiais regionais, mais econômicos, podem tornar possível a pavimentação de muitas destas rodovias, proporcionando a evolução econômica e integração a muitas áreas rurais hoje necessitadas de desenvolvimento (OLIVEIRA, 2000?, p. 2). 2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS Segundo Pinto (2000), a diversidade e a enorme diferença de comportamento apresentada pelos diversos solos perante as solicitações de interesse da engenharia levaram ao seu natural agrupamento em conjuntos distintos, aos quais podem ser atribuídas algumas propriedades. Os sistemas de classificação surgiram desta tendência racional de organização da experiência Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

25 23 acumulada. Um dos principais motivos da classificação, sob o ponto de vista de engenharia, é o de poder estimar o provável comportamento do solo ou, pelo menos o de orientar o programa de investigação necessário para permitir a análise adequada de um problema. Balbo (2007) caracteriza uma classificação ideal de solos como aquela que busca relacionar o potencial de um solo quanto a uma dada aplicação em camada de pavimento. Isto depende não somente de testes de suas propriedades físicas, mas também de correlações com o comportamento observado em obras quando empregado. Dentre as classificações tradicionais estão: Sistema Unificado de Classificação de Solos SUCS e o Sistema Rodoviário de Classificação - HRB/AASHTO. Além destas, será dado ênfase para a Classificação MCT, que é a grande chave para a realização deste projeto Sistema Unificado de Classificação de Solo (SUCS) De acordo com DNIT (2006) o SUCS é resultante de um trabalho conjunto do Bureau of Reclamation e do Corps of Engineers, assistido pelo professor Arthur Casagrande, da Universidade de Harvard, sendo publicado, em 1953, pelo Waterways Experiment Station como aperfeiçoamento e ampliação do sistema elaborado por Casagrande para aeroportos em O SUCS baseia-se na identificação dos solos de acordo com as suas qualidades de textura e plasticidade, agrupando-lhes de acordo com seu comportamento quando usados em estradas, aeroportos, aterros e fundações. Segundo DNIT (2006) as principais divisões são: solos de granulação grossa (mais de 50% em peso retido na peneira nº 200), solos de granulação fina (mais de 50% em peso passando na peneira nº 200) e solos altamente orgânicos. Neste sistema, consideram-se as seguintes características dos solos: Percentagens de pedregulhos, areia e finos (fração passante na peneira nº 200: silte e argila); Forma da curva granulométrica; Plasticidade e Compressibilidade. Na Figura 2 está representado o SUCS e como classifica-lo(dnit, 2006). Já na Figura 3 abaixo, é um diagrama cartesiano com limite de liquidez (LL) na abcissa e o índice de plasticidade (IP) na ordenada. Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

26 24 Figura 2: Sistema unificado de classificação de solos Fonte: DNIT (2006, p. 59) Figura 3: Gráfico da plasticidade Fonte: DNIT (2006, p. 60) Cristiano Schmidt Della Flora Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

27 Sistema Rodoviário de Classificação - HRB/AASHTO De acordo com DNIT (2006), os solos, nesta classificação, são reunidos em grupos e subgrupos, em função da granulometria, limites de consistência e do índice de grupo. Na Figura 4 mostra-se o quadro de classificação dos solos, segundo o Sistema Rodoviário. Determina-se o grupo do solo, por processo de eliminação da esquerda para a direita, no quadro de classificação. Será a classificação correta o primeiro grupo a partir da esquerda, com o qual os valores do solo ensaiado coincidir. Figura 4: Classificação dos solos HRB Fonte: DNIT (2006, p. 56) DNIT (2006) descreve o Highway Reasearch Board (HRB) como um sistema de classificação de solos bastante utilizado em pavimentação. Foi aprovado em 1945 e constitui um Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

28 26 aperfeiçoamento do antigo sistema da Public Roads Administration, proposto em Neste sistema, denominado HRB, consideram-se a granulometria, o limite de liquidez, o índice de liquidez e o índice de grupo. Este sistema de classificação liga-se intimamente ao método de dimensionamento de pavimentos pelo índice de grupo. Atualmente denomina-se Transportation Reasearch Board (TRB) Classificação MCT Com o desenvolvimento dos países de clima tropical e obras geotécnicas de porte, como estradas, barragens, aterros etc., observou-se uma incongruência entre as propriedades esperadas dos solos finos e as que realmente exibiam. A prática da engenharia mostrou que as técnicas tradicionais de classificação e hierarquização aplicadas aos solos tropicais lateríticos e saprolíticos eram ineficientes e inadequadas, pois não inferiam corretamente as propriedades mecânicas. Os professores Nogami e Villibor, engenheiros do Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo e professores da Universidade de São Paulo, publicaram em 1981 uma classificação de solos aplicável a solos tropicais para obras viárias. A classificação tem como finalidade principal separar solos de comportamento laterítico (L) daqueles de comportamento não-laterítico (N), uma vez que os lateríticos exibem propriedades peculiares como elevada resistência, baixa expansibilidade apesar de serem plásticos, e baixa deformabilidade. A classificação é conhecida por MCT (Miniatura Compactada Tropical) e foi concebida para solos que passam integralmente ou em grande porcentagem na peneira nº 10 (2,00mm) (BERNUCCI et al., 2006). De acordo com DNIT (2006), a execução da classificação MCT é baseada, em resumo, no seguinte procedimento: a) Compactação de cerca de 200 g de solo com diferentes umidades, em molde de diâmetro cilíndrico de 50 mm, para determinação de curvas de compactação (gd x h) em diferentes energias, ou número de golpes aplicados por soquete padronizado e curvas correlacionando a redução de altura do corpo-de-prova (Δh) em função do número de golpes aplicados; b) Perda de massa por imersão (Pi) dada pela relação percentual entre as massas seca e úmida da parte primitivamente saliente de cerca de 1,0cm desprendida por imersão do molde de compactação. Os resultados obtidos são associáveis ao valor mini-mcv definido pela Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

29 27 expressão: MINI - MCV = 10 log N, em que N é o número de golpes a partir do qual o solo compactado não sofre redução sensível de altura (Δh 1 mm). c) Conforme Figura 5, determinam-se os parâmetros classificatórios c', d', Pi e e', onde: c' é a inclinação da reta que passa pelo ponto de mini-mcv = 10, interpolada entre os trechos retos das curvas mais próximas; d' é a inclinação, multiplicada por 100, do ramo seco da curva de compactação correspondente a 10 golpes; Pi é determinado para o mini-mcv = 10 e na curva que relaciona as perdas por imersão dos corpos-de-prova ensaiados e os mini- MCVs correspondentes, para ΔH = 2 mm; d) Com os valores de e' e c', o solo é classificado em subclasses (Figura 5); Figura 5: Ábaco para classificação MCT Fonte: Modificado de DNIT (2006) Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

30 28 A parte superior da Figura 5 mostra a classificação de solos tropicais MCT e seus 7 grupos, sendo três de comportamento laterítico L e quatro de comportamento não-laterítico N, separados por uma linha tracejada. Nogami e Villibor (1995) classificam os grupos da seguinte forma: GRUPO NA - Composto por areias, siltes e misturas de siltes e areias, onde os grãos são constituídos essencialmente de quartzo e/ou mica (sericita principalmente). Praticamente não possuem finos argilosos coesivos e siltes caoliníticos; GRUPO NA - Granulometricamente, os solos desse grupo são misturas de areias quartzosas (ou de minerais de propriedades similares) com finos passando na peneira de 0,075 mm, de comportamento não laterítico; GRUPO NS - Compreende, principalmente, os solos saprolíticos silto-arenosos peculiares, resultantes do intemperismo tropical nas rochas eruptivas e metamórficas, de constituição predominantemente feldspática-micácea-quartzosa; GRUPO NG - Composto por saprolíticos argilosos, que derivam de rochas sedimentares argilosas (folhelos, argilitos, siltitos) ou cristalinas, pobres em quartzo e ricas em anfibólios, piroxênios e feldspatos cálcicos. São classificados neste grupo os solos superficiais pedogenéticos não lateríticos, como os vertissolos, bem como, muitos solos transportados; GRUPO LA Se incluem neste grupo areias com poucos finos de comportamento laterítico, típicas do horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente como areias quartzosas e regossolos; GRUPO LA - Os solos deste grupo são tipicamente arenosos e constituintes do horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente no Brasil por latossolos arenosos e solos podzólicos ou podzoliados arenosos (textura média, de acordo com terminologia adotada nos mapeamentos pedológicos); GRUPO LG - Os integrantes mais frequentes deste grupo têm sido as argilas e as argilas arenosas, que compõem o horizonte B dos solos conhecidos pedologicamente por latossolos, solos podzólicos e terras roxas estruturadas. Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

31 29 Segundo DER/SP (2012), outra forma de classificar os solos de comportamento laterítico é por meio do método das pastilhas, que utiliza equipamento simples, e a determinação dos parâmetros de forma expedita: contração do material e penetração da agulha na amostra a ser ensaiada. De acordo com Villibor e Nogami (2009), as pastilhas são inicialmente moldadas em estado de pasta (solo passante na peneira 0,42 mm), em anéis de 5mm de altura e 20 mm de diâmetro interno. Esses corpos de prova são submetidos à secagem à baixa temperatura, após a qual a contração diametral é medida. Essa contração correlaciona-se, de forma rezoável, com o coeficiente c (eixo x do gráfico classificatório). Em seguida, as pastilhas são submetidas à embebição de água, por capilaridade. Após a embebição, é determinada a consistência das pastilhas com o uso de um mini-penetrômetro padronizado. O valor da consistência obtida após embebição se correlaciona, razoavelmente, com o coeficiente e, possibilitando classificar a amostra ensaiada. A classificação MCT expedita é obtida por meio da plotagem desses parâmetros no gráfico da classificação apresentado na Figura 6. Figura 6: MCT - Método da pastilha Fonte: DER-SP (2012) Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

32 SOLOS ARENOSOS FINOS LATERÍTICOS (SAFL) Os SAFL são solos caracterizados por possuir uma série de propriedades que os classificam segundo a classificação MCT, como solo de comportamento geotécnico laterítico (OLIVEIRA, 2000?). De forma geral, DNIT (2006, p. 24) conceitua: Solo laterítico é um solo que ocorre comumente sob a forma de crostas contínuas, como concreções pisolíticas isoladas ou, ainda, na forma de solos de textura fina mas pouco ou nada ativos. Suas cores variam do amarelo ao vermelho mais ou menos escuro e mesmo ao negro. Diversas designações locais existem para os solos ou cascalhos lateríticos, tais como: piçarra, recife, tapiocanga e mocororó. Bernucci et al. (2006) descrevem SAFL como sendo uma mistura de argila e areia encontrada na natureza ou de formal artificial composta por mistura de areia de campo ou rio com argila laterítica. Seu emprego começou a ser difundido a partir da década de 1970, chegando hoje, somente no estado de São Paulo, a mais de 8.000km de rodovias de baixo volume de tráfego com a utilização desse material como base. Como reforço do subleito ou como sub-base, pode ser usado em pavimentos para tráfegos médios ou pesados. Villibor e Nogami (2009) conceituam, tecnologicamente, como SAFL aquele que: Possui menos de 10 % de fração retida na peneira de 2,00 mm (nº 10); Possui mais de 50 % de fração retida na peneira de 0,075 mm (nº200); Essas frações devem ser constituídas, predominantemente, de grãos de quartzo; Pertence à classe de solos de comportamento laterítico e a um dos grupos LA, LA ou LG, da Classificação Geotécnica MCT (conforme ensaio M9 da Metodologia). De acordo com Bernucci (1995, apud BERNUCCI et al., 2006, p. 360) pesquisas têm mostrado que esse material pode apresentar módulos de resiliência de cerca de 100MPa a 500MPa (1.000 a 5.000kgf/cm2), ou mesmo superiores, dependendo do tipo de solo laterítico, sendo que os mais argilosos tendem a mostrar módulos menores que os mais arenosos Ocorrência dos SAFL no estado do Rio Grande do Sul Os solos arenosos finos lateríticos tem uma considerável área de ocorrência no RS, abrangendo unidades pedogenéticas como Latossolos e Podzólicos, sobretudo os vermelho Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

33 31 escuros, cuja ocorrência está localizada na Região do Planalto, sobre as formações Serra Geral e Tupanciretã [...] (OLIVEIRA, 2000?, p. 8). Figura 7: Localização dos materiais alternativos do RS Fonte: Oliveira (2001, apud JOHNSTON, 2010, p. 44) Na Figura 7 está ilustrado um mapa do Rio Grande do Sul elaborado pelo DAER/RS, contendoa localização de materiais alternativos. É possível identificar a área de ocorrência do SAFL, estando contidos, inteira ou parcialmente, os municípios de Santiago, Jóia, Tupanciretã, Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

34 32 Capão do Cipó, Júlio de Castilhos, Cruz Alta, Panambi, Santa Bárbara do Sul, Palmeira das Missões, etc Bases e sub-bases de SAFL Segundo Senço (2001) trata-se de base ou sub-base executada com a utilização de material que, de acordo com a metodologia MCT, recebeu o nome de Solo Arenoso Fino Laterítico, o que já define suas características arenosas, de graduação fina e laterizado. Para seu enquadramento nas normas que orientam a execução desse tipo de base e sub-base, é preciso que o solo atenda aos requisitos da classificação, contendo mais de 50% de material retido na peneira nº 200 (0,074 mm), sendo essa fração constituída de areia de grãos de quartzo. No estado de São Paulo, este tipo de trabalho tem importância especial, pois mais de km de estradas vicinais que já foram pavimentadas no estado tiveram como base, em sua grande maioria, a base de SAFL, dada a abundância de jazidas em toda a região de cobertura da Formação Arenito Bauru. Contudo, para que sejam usados como base ou sub-base, especificações devem ser atendidas. Oliveira (2000?) argumenta que é preciso usar e adaptar ao Rio Grande do Sul a experiência bem sucedida de emprego dos Solos Arenosos Finos Lateríticos (SAFL) como base ou sub-base de pavimentos de baixo volume de tráfego, desenvolvidas em outros estados brasileiros Especificações dos SAFL para Bases de Pavimentos Villibor et al. (2009) enfatizam que as especificações do solo arenoso fino laterítico são fundamentadas em determinações das propriedades mecânicas e hídricas dos mesmos. Essas especificações impõem as seguintes condições para o emprego desses solos como base de pavimento: Composição granulométrica do solo tal que, 100% seja constituído por grãos que passem integralmente na peneira de abertura de 2,00 mm ou que possua uma porcentagem de grãos de 5% retidos nessa peneira, no máximo. Os solos devem pertencer à classe de solos de comportamento laterítico de acordo com a classificação MCT, ou seja, devem ser do tipo LA, LA ou LG. Os solos devem apresentar propriedades mecânicas e hídricas dentro dos intervalos indicados na Tabela 2, quando compactados na Energia Intermediária do Mini- Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

35 33 Proctor. A curva granulométrica destes solos é descontínua e eles devem apresentar uma granulometria que se enquadre na faixa indicada na Figura 8, servindo, portanto, esta faixa como orientação para o emprego desses solos como bases de pavimento. Figura 8: Faixa Granulométrica Recomendada para Bases de SAFL Fonte: Villibor et al. (2009) Tabela 2: Valores Recomendados para Bases de SAFL Fonte: Villibor e Nogami (2009, p. 145) Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

36 Peculiaridades sobre o comportamento de pavimentos com bases SAFL De acordo com Villibor e Nogami (2009) preliminarmente, a escolha dos tipos mais recomendados pode ser feita através do uso simples da classificação MCT, ou por procedimentos expeditos tátil-visuais. Na fase de projeto, entretanto, deve-se utilizar o procedimento baseado no comportamento de amostras compactadas pela sistemática MCT como forma de obtenção dos tipos de SAFL para base. Quanto da construção de bases de SAFL, sabe-se que os solos apresentavam variados tipos de problemas construtivos, de forma que os solos comumente utilizados foram separados em quatro grupos, com localizações distintas do gráfico de classificação MCT, como apresentados em Villibor et al. (2009) ilustrado na Figura 9. Figura 9: Hierarquização dos SAFL com base na classificação MCT Fonte: Villibor et al. (2009) Segundo Nogami e Villibor (1995), esta hierarquização foi elaborada com base na experiência acumulada com obras no interior de São Paulo e permite identificar as seguintes peculiaridades aos diferentes tipos: Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

37 35 O SAFL dos tipos I e II, com prioridade àqueles próximos a interface entre os mesmos apresentam excelente compactabilidade, com alcance de 100% do grau de compactação na energia do proctor intermediário, fácil acabamento da superfície, receptividade à imprimadura satisfatória e superfície e bordas resistentes ao amolecimento por umedecimento, resultando em boa resistência hídrica. O SAFL do tipo I pode apresentar excessiva contração por secagem e danos demasiados na superfície da base pelo tráfego de serviço associados ao trincamento excessivo; O SAFL dos tipos III e IV, com prioridade aos primeiros apresentam menor grau de compactabilidade que os tipos I e II, alcançando no campo um máximo de 90% de grau de compactação na energia do Proctor intermediário, propensão a formação de lamelas, dificuldade de acabamento superficial da base, desgaste intenso sob ação do tráfego de serviço e superfícies e bordas muito susceptíveis ao amolecimento por absorção excessiva de umidade. Segundo os autores, só é indicado o uso do tipo IV para base de pavimentos urbanos, com execução de solocimento junto às bordas, em faixas de 1 m, próximas às sarjetas. Villibor e Nogami (2009) recomendam que seja obedecida a ordem de preferência dos tipos, para as condições prevalecentes no interior do Estado de São Paulo (ou similares), que é apresentada a seguir: Tipo I, com prioridade da subárea próxima à interface com o tipo II; Tipo II, com prioridade da subárea próxima à interface com o tipo I; Tipo III, com prioridade da subárea próxima à interface com o tipo II; Tipo IV. Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

38 36 3 MÉTODO DE PESQUISA Neste item será abordada a metodologia de pesquisa utilizada, através da apresentação das estratégias para o desenvolvimento da pesquisa, da escolha das jazidas e materiais, dos métodos de ensaios e finalmente, do cronograma de realização. 3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA O tipo desta pesquisa pode ser definido como: APLICADA do ponto de vista de sua natureza; QUANTITATIVA do ponto de vista de abordagem do problema; EXPLORATÓRIA e EXPLICATIVA do ponto de vista de objetivos. BIBLIOGRÁFICA e EXPERIMENTAL do ponto de vista dos procedimentos técnicos. 3.2 DELINEAMENTO Finalizada a revisão bibliográfica e a fundamentação teórica, foram coletadas as amostras de SAFL, sendo posteriormente preparadas e caracterizadas para a utilização nos ensaios de laboratório visando avaliar propriedades físico-mecânicas relevantes à utilização do solo em camadas de base e sub-base de pavimentos econômicos. Os ensaios tradicionais de caracterização, compactação e suporte e ensaios da classificação expedita MCT foram realizados no Laboratório de Engenharia Civil (LEC) da UNIJUÍ Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul e os ensaios da metodologia MCT no Laboratório de Engenharia Civil da FURG Fundação Universidade Federal de Rio Grande. Posterior a conclusão dos ensaios realizou-se a compilação dos dados e a análise e interpretação de resultados com o intuito de avaliar a viabilidade da aplicação dos solos em bases e sub-bases, no uso em pavimentos econômicos, para identificar a melhor jazida. A descrição das etapas da pesquisa encontram-se ilustradas na Figura 10: Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

39 37 Figura 10: Delineamento de pesquisa Fonte: autoria própria 3.3 ESCOLHA DAS JAZIDAS E MATERIAIS A escolha dos locais de retirada das amostras guiou-se pelo mapa da Figura 7 que indica a localização de materiais alternativos no estado, mais especificamente, a localização dos SAFL. Também se realizou uma análise tátil visual in loco para avaliar se o solo do local teria uma textura argilo arenosa, característica dos SAFL. Foram coletadas amostras de três locais diferentes compreendidos na área indicada como local de ocorrência deste tipo de solo. As três cidades escolhidas para coleta foram Tupanciretã, Jóia e Capão do Cipó. Todas as amostras foram retiradas e preparadas da mesma forma. A profundidade de extração das amostras foi em torno de 2 metros da superfície, pertencente ao horizonte B do latossolo. Elas foram devidamente secas, e posteriormente foram realizados os procedimentos para prepará-la aos ensaios de caracterização. Os próximos itens apresentam fotos dos locais de retirada das amostras de solo, bem como a localização em coordenadas das mesmas utilizando o software online Google Mapas. A Figura 11, foi modificada a partir do site do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), destacando as cidades onde os solos foram coletados e contém dados referentes as mesmas. Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

40 38 Figura 11: Cidades de coleta dos solos Fonte: Modificado de Brasil (2015) Cristiano Schmidt Della Flora Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

41 Solo Capão do Cipó A amostra de solo da cidade de Capão do Cipó, ou amostra Cipó, foi retirada nas margens da BR-377, no local de coordenada aproximada 29º00 59 S 54º29 08 O. O município pertence à Mesorregião Centro Ocidental Rio-grandense e à Microrregião Santiago. Na Figura 12 é possível observar o local de retirada da amostra. Figura 12: Coleta da amostra Cipó Fonte: autoria própria Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

42 Solo Jóia A amostra de solo da cidade de Jóia, ou amostra Jóia, foi retirada nas margens de uma estrada vicinal próximo ao acesso pela BR-377 para a localidade de São João Mirim, com coordenada aproximada 28º42 48 S 54º10 46 O. O município pertence à Mesorregião Noroeste Rio-grandense e à Microrregião Cruz Alta. Na Figura 13 é possível observar o local de retirada da amostra. Figura 13: Coleta da amostra Jóia Fonte: autoria própria Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

43 Solo Tupã A amostra de solo da cidade de Tupanciretã, ou amostra Tupã, foi retirada de um talude em uma localidade próxima a cidade, no local de coordenada aproximada 28º59 25 S 53º49 55 O. O município pertence à Mesorregião Centro Ocidental Rio-grandense e à Microrregião Santiago. Na Figura 14 é possível observar o local de retirada da amostra. Figura 14: Coleta da amostra Tupã Fonte: autoria própria Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

44 SEQUÊNCIA EXECUTIVA E ENSAIOS LABORATORIAIS A sequência de execução estipulada para a realização dos ensaios, com intuito de maior rendimento e não execução de ensaios desnecessários, foi a seguinte: I. Coleta, preparo e classificação expedita MCT de uma pequena amostra do solo para II. III. IV. verificação de comportamento laterítico, se positivo, a amostra é aceita segue para o segundo passo; Coleta definitiva da amostra aprovada a ser utilizada em todos os ensaios seguintes e preparo da mesma; Ensaios da metodologia tradicional; Checagem, através da granulometria, do enquadramento no conceito tecnológico de solo arenoso fino laterítico apresentado no item 2.3 e enquadramento da granulometria na faixa recomendável para uso em bases que está ilustrada na Figura 8; V. Realização dos ensaios da metodologia MCT nas amostras aprovadas nos itens anteriores; VI. Realização dos ensaios de classificação MCT de todas as amostras, com o intuito de confirmar o comportamento laterítico demonstrado na classificação expedita; Nesta seção serão descritos os ensaios necessários para a análise das amostras, tanto da metodologia tradicional quando da metodologia MCT Ensaios tradicionais Nesta seção serão descritos os ensaios relacionados a metodologia tradicional, indicando as normas que regem os mesmos e serão utilizadas para a classificação de amostras para esta pesquisa Preparação das amostras A ABNT-NBR 6457 (1986) prescreve os métodos para preparação de amostras de solos para os ensaios de compactação e de caracterização (análise granulométrica, determinação dos limites de liquidez e plasticidade, massa específica dos grãos que passam na peneira de 4,8 mm, massa específica aparente e absorção de água dos grãos retidos na peneira 4,8 mm). A norma contém um anexo apresentando um método para determinação do teor de umidade de solos, em laboratório. Na Figura 15 pode-se observar parte da preparação. Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

45 43 Figura 15: Preparo de amostras Fonte: autoria própria Análise Granulométrica das Amostras A norma preconizando a análise granulométrica dos solos é a ABNT-NBR 7181 (1984 versão corrigida 1988) indicando que a análise pode ser realizada por peneiramento (para partículas maiores que 0,075 mm de diâmetro) ou por combinação de sedimentação e peneiramento (para partículas menores que 0,075 mm de diâmetro). Na Figura 16 observa-se a realização de ensaio de sedimentação na foto da esquerda e na foto da direita o que restou de solo, após lavar as amostras na peneira nº200, para a realização do peneiramento fino. Figura 16: Ensaio de granulometria por sedimentação Fonte: autoria própria Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

46 44 Com os resultados obtidos a partir da sedimentação, do peneiramento fino e do peneiramento grosso é possível montar a curva de granulometria do material estudado Consistência do solo Limites de Atterberg As classificações HRB-AASHTO e Unificada apoiam-se nos índices de consistência do solo, que foram denominados como Limites de Atterberg, para o enquadramento do material (BALBO, 2007, p. 78) Segundo Das (2007), quando minerais de argila estão presentes em um solo com granulação fina, este pode ser moldado na presença de alguma umidade sem esfarelar. Essa propriedade coesiva é causada pela absorção da água que circunda as partículas de argila. O cientista sueco chamado Atterberg, desenvolveu um método para descrever a consistência de solos com grãos finos e teor de umidade variável. De acordo com o teor de umidade presente no solo, seu comportamento pode ser dividido em quatro etapas: sólido, semissólido, plástico e líquido. O teor de umidade no ponto de transição do estado semissólido para o estado plástico é o limite de plasticidade (LP), e o ponto de transição do estado plástico para o estado líquido é o limite de liquidez (LL). (ABNT-NBR 6459, 1984) O método para determinação de limite de liquidez é prescrito pela ABNT-NBR 6459 (1984 versão corrigida 1988), já a NBR 7180 (1984) prescreve como determinar ao limite de plasticidade e o cálculo do índice de plasticidade dos solos. O índice de plasticidade dos solos (IP) é resultado da diferença entre LL e LP Compactação do solo Segundo Das (2007), a compactação é a densificação do solo por meio da remoção dos vazios, o que requer a utilização de energia mecânica. O grau de compactação dos solos é medido de acordo com seu peso específico aparente seco. A água ao ser adicionada no solo atua como um agente de amolecimento das partículas do solo, que deslizam umas sobre as outras e se posicionam em uma formação compacta e de alta densidade. Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

47 45 A ABNT-NBR 7182 (1986 versão corrigida 1988) preconiza o método para determinar a relação entre o teor de umidade e a massa específica aparente seca dos solos quando compactados, de acordo com as especificações descritas pela mesma. A norma classifica as energias de compactação em normal, intermediária e modifica. Independente da energia, o resultado final deve ser uma curva de compactação, de formato parabólico, traçada em um plano cartesiano tendo nas abcissas o teor de umidade e nas ordenadas as massas específicas aparentes secas respectivas. O pico da curva de compactação determina a umidade ótima para a amostra. (ABNT-NBR 7182,1986) A Figura 17 ilustra a realização do ensaio de compactação na energia Proctor Modificada realizado no laboratório da UNIJUÍ. Figura 17: Ensaio de compactação Fonte: autoria própria Índice de Suporte Califórnia (ISC) O Índice de Suporte Califórnia (ISC) representa a capacidade de suporte do solo se comparado com a resistência à penetração de uma haste de cinco centímetros de diâmetro em uma Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

48 46 camada de pedra britada, considerada como padrão (ISC = 100%) (ABNT-NBR 9895, 1987). O método foi desenvolvido na Califórnia e por isso recebe esse nome, que é tradução de California Bearing Ratio (CBR). De acordo com a ABNT-NBR 9895 (1987), para esse ensaio usa-se cilindro e soquete grande, nas três energias: normal, intermediaria e modificada, respectivamente: 12, 26 e 55 golpes por camada, num total de cinco camadas. Esta norma prescreve o método para determinar o valor do ISC e da expansão dos solos em laboratório, utilizando amostras deformadas, não reusadas, de material que passa na peneira de 19 mm, com um mínimo de 5 corpos-de-prova. As amostras devem ser compactadas de acordo com os resultados do ensaio de compactação. Depois de compactados os moldes são pesados e levados para a imersão em água por quatro dias, com um extensômetro, para a medição da expansão. Após o termino da imersão, o corpo-de-prova é levado para o ensaio de penetração em uma prensa. A partir deste ensaio é possível traçar a curva pressão aplicada pelo pistão versus penetração do pistão. Na Figura 18 pode-se observar os corpos de prova em imersão durante a realização do ensaio de CBR com os extensômetro acoplados para as leituras de expansão. Figura 18: Ensaio de CBR Fonte: autoria própria Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

49 Metodologia MCT A Metodologia MCT depende de uma série de ensaios que se presta para a determinação de parâmetros relacionados a propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos tropicais finos. Todos os procedimentos de ensaio são realizados com amostras de solos compactados em moldes cilíndricos de 50 mm de diâmetro. (VILLIBOR et al., 2009) Esta Metodologia abrange dois grupos de ensaios a saber: Mini-CBR e associados e Mini- MCV e associados. Villibor et al. (2009, p. 27) se refere a estes grupos da seguinte forma: A partir dos ensaios de Mini-CBR e associados, pode-se obter as características dos solos apropriados para bases de pavimentos. Geralmente após a compactação dos corpos de prova, determina-se uma série de propriedades, tais como: capacidade de suporte (Mini- CBR), expansão, contração, infiltrabilidade, permeabilidade, etc. Os ensaios Mini-MCV e associados fornecem parâmetros para a determinação dos coeficientes c e e que, por sua vez, permitem a classificação dos solos de acordo com a metodologia MCT, além de permitirem a determinação de todas as propriedades referidas nos ensaios Mini-CBR e associados. De acordo com Villibor e Nogami (2009) a série da nova Sistemática, que engloba os ensaios classificatórios da MCT (M5, M8 e M9), constitui o elenco de Ensaios da Sistemática MCT, sendo eles: M1 Ensaio de Compactação Mini-Proctor M2 Ensaio Mini-CBR e Expansão; M3 Ensaio de Contração; M4 Ensaios de Infiltrabilidade e Permeabilidade; M5 Ensaio de Compactação Mini-MCV; M6 Ensaio de Penetração da Imprimadura Betuminosa; M7 Ensaio Mini-CBR de Campo Procedimento Dinâmico; M8 Ensaio de Perda de Massa por Imersão; M9 Classificação Geotécnica MCT. Destes ensaios, para a realização da pesquisa, os principais ensaios são: M1, M2, M3, M4, M5, M8 e M9, pois deles provem os resultados expostos na Tabela 2 de Villibor e Nogami (2009). Todos estão preconizados e detalhadamente descritos no anexo 2 do livro Pavimentos Econômicos escrito por Villibor e Nogami, publicado em 2009 e disponibilizado na versão digital gratuitamente Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

50 48 online no site Portal da Tecnologia, de um dos autores. A seguir, apresenta-se os ensaios significativos para esta pesquisa, relacionados a metodologia MCT Ensaio de Compactação Mini-Proctor (M1) Villibor e Nogami (2009) caracterizam este ensaio como obedecendo ao mesmo procedimento no ensaio de compactação proposto por Proctor, para compactar os solos em laboratório e fornecer a curva de compactação que corresponde a uma dada energia aplicada por meio de um soquete. Essa curva permite determinar a massa específica aparente seca máxima (MEASmáx) e a umidade ótima (Ho) para a energia utilizada. A Figura 19 ilustra o equipamento usado e o preparo da amostra para o ensaio no laboratório da FURG. Para a medição da altura durante o ensaio, era utilizado um extensômetro acoplado na parede. No preparo das amostras, depois de adicionado o teor de água adequado, as mesmas ficavam em homogeneização por 24 horas. Figura 19: Ensaio de compactação mini-proctor Fonte: autoria própria O Mini-Proctor difere do tradicional Proctor ou AASHTO, nos seguintes aspectos: Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

51 49 a) Tipo de soquete, de seção plena: com pé de diâmetro praticamente igual ao da parte interna do molde de compactação; b) Diâmetro interno do molde medindo 50,0 mm (Mini); c) Utiliza somente os solos que passam, integralmente ou aqueles que possuem porcentagem muito baixa da fração retida (<10%), na peneira de 2,00 mm. Dentre as principais vantagens deste procedimento em relação ao tradicional pode-se citar a diminuição considerável de material e também do número de golpes necessários para a execução do ensaio, a exatidão na medição da altura dos corpos de prova e a maior uniformidade entre eles após a compactação. A maior limitação do ensaio é a limitação granulométrica na execução. (VILLIBOR; NOGAMI, 2009) Ensaio Mini-CBR e Expansão (M2) Este ensaio fornece a capacidade de suporte é usado para o dimensionamento de pavimentos e na escolha de solos e solos-agregados para base, reforço e sub-base e, também, para pode ser usado para caracterizar os solos do subleito. O procedimento de ensaio é similar ao adotado para o ISC tradicional, no entanto, requer mais cuidado, pois dele serão apresentados os principais resultados a serem considerados. Foi proposto para a energia intermediária. (VILLIBOR; NOGAMI, 2009) Foram ensaiados corpos-de-prova compactados na umidade ótima na energia intermediária, sem e com prévia imersão de 24 horas. Os ensaios eram realizados em uma prensa Willie Geotechnik UL60, com controle de velocidade digital. Os dados de carga e deformação sobre o corpo de prova foram obtidos através de células de carga e defletômetro ligados a um sistema de aquisição de dados HBM Spider 8. A calibração dos transdutores e aquisição dos dados foram feitas com o Software Catman 4.5. A Figura 20 ilustra os equipamentos do laboratório. Tendo como base as curvas Carga-Penetração geradas no ensaios, o índice de suporte mini- CBR pode ser obtido por dois métodos de cálculo apresentados a seguir: método de correlações e método de cargas padrão. (VILLIBOR; NOGAMI, 2009) Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

52 50 Método de correlações: é calculado utilizando as equações 1 e 2, onde C1 e C2 são, respectivamente, as cargas em kgf correspondentes às penetrações 2,00 e 2,50 mm, obtidas das curvas Carga-Penetração. Deve-se adotar o maior dos Mini-CBR obtidos. 1= 0,254+0,896 x 1 (1) 2= 0,356+0,937 x 2 (2) Método de cargas padrão: este método compara os valores de carga para penetrações específicas D1 e D2, através das equações 3 e 4, com o valor correspondente de carga padrão para a brita graduada, apresentando valores de penetração, respectivamente, de 0,84 e 1,7 mm. O procedimento das cargas padrão é, segundo Villibor e Nogami (2009), mais correto, porém exige maior precisão das leituras de carga iniciais na penetração do pistão. Portanto, para este trabalho, foi adotado o método anterior. 1=!,"# $ 100% (3) 2=! $ 100% (4) #&,'# Figura 20: Rompimento do mini-cbr Fonte: autoria própria Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

53 51 Um parâmetro muito importante associado ao ensaio mini-cbr, de acordo com Villibor e Nogami (2009), sendo um dos critérios na avaliação tecnológica dos solos tropicais pela Metodologia MCT, é o índice RIS. Este índice serve para quantificação indireta da diferença de comportamento do mini-cbr, é dado pela equação 5. Algumas bibliografias não utilizam o índice RIS, mas sim a percentagem de Perda de Suporte por Imersão (PSI). A PSI pode ser obtida como resultado de 100% - RIS e também pela equação 6. () = *+,+-./0 +*1234 *+,+-./0 3/+*123ã4 $ 100% (5) 7)( = *+,+-./0 3/+*123ã4 - *+,+-./0 +*1234 *+,+-./0 3/+*123ã4 $ 100% (6) Onde: mini-cbr imerso ensaio mini-cbr na condição imerso sem sobrecarga padrão de 490 g na imersão e penetração; mini-cbr s/imersão ensaio mini-cbr na condição sem imersão com sobrecarga padrão de 490 g na umidade ótima Ho. Como o PSI é o oposto do RIS, e o RIS deve ser maior que 50%, logo, PSI deve ser menor que 50%, isso significa que sua perda de suporte após a imersão não deve ser superior a metade de seu suporte sem imersão. Portanto, quanto menor o valor de PSI, melhor é a amostra. Sendo também um dos critérios na avaliação tecnológica dos solos tropicais pela Metodologia MCT, a expansão é analisada durante o período de imersão dos mini-cbr imersos durante as 24 horas, onde h é a diferença da altura final com a inicial, h, e é representada pela equação 7. (VILLIBOR; NOGAMI, 2009) 8$9= ; ; $ 100% (7) Ensaio de Contração (M3) É um dos ensaios suplementares mais importantes para o melhor aproveitamento de solos tropicais em pavimentação, utilizado como critérios na avaliação tecnológica dos solos tropicais pela Metodologia MCT. O ensaio avalia a variação porcentual do comprimento axial de amostras Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

54 52 compactadas, geralmente, após cerca de 14 horas, os corpos de prova atingem uma variação constante que é considerada como a leitura final do extensômetro. Como os extensômetro estavam sendo utilizados nos ensaios de imersão, as medidas foram feitas com paquímetro digital. A Figura 21 ilustra os corpos de prova durante a realização do ensaio. (VILLIBOR; NOGAMI, 2009) Figura 21: Ensaio de contração Fonte: autoria própria Ensaios de Infiltrabilidade e Permeabilidade (M4) O ensaio de Infiltrabilidade determina a penetração de água em corpos de prova de solos compactados afim de que se possa, de forma quantitativa, prever esse fenômeno nas camadas dos pavimentos e suas adjacências, principalmente depois da compactação. Observe-se que em solos tropicais, principalmente nos lateríticos, essa penetração pode se afastar bastante dos resultados obtidos em corpos de prova compactados em laboratório, isso se deve à interferência de fissuras e trincas que se desenvolvem, geralmente pelo uso de técnica construtiva não convencional, que inclui a secagem nesta fase ou após vários anos de serviço. Villibor e Nogami (2009) especificam que o uso prático dos resultados deste ensaio, por enquanto, se limitam à escolha de solos para acostamentos e para bases revestidas de camadas betuminosas delgadas, sujeitas eventualmente a considerável infiltração de água, com provável desenvolvimento de panelas. Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

55 53 Este ensaio não pode ser realizado por motivos técnicos, pois no laboratório da UNIJUÍ o tudo de vidro, necessário para o ensaio, encontrava-se danificado e na FURG o recipiente basal, também necessário para a execução, estava com vazamento. Felizmente, este é o menos relevante dos critérios de avaliação tecnológica, pelos motivos apresentados no parágrafo anterior, não interferindo significativamente na análise e avaliação das amostras Ensaio de Compactação Mini-MCV (M5) A Compactação Mini-MCV consiste na miniaturização do método de compactação apresentado por Parsons, do Road Research Laboratory da Grã- Bretanha, em 1976 e difere do Proctor tradicional, pois varia simultaneamente a energia de compactação e o teor de umidade durante a execução do ensaio. Obtendo-se como resultado uma família de curvas similares às do Proctor. O ensaio apresentado por Parsons foi, originalmente, desenvolvido como um procedimento para avaliar rapidamente o teor de umidade de compactação no campo. O Mini-MCV tem como objetivo principal a classificação geotécnica dos solos tropicais. A sigla MCV, abreviatura de Moisture Condition Value, é uma nova propriedade geotécnica de solos. Através deste ensaio, obtém-se as de curvas de deformabilidade ou de mini-mcv e as curvas de compactação. A inclinação do ramo seco da curva de compactação de 12 golpes gera o parâmetro classificatório d. Com a curva de deformabilidade correspondente ao mini-mcv igual a 10 obtémse o coeficiente c. Ambos necessários para a classificação MCT, como apresentado no item deste projeto. (VILLIBOR; NOGAMI, 2009) Ensaio de Perda de Massa por Imersão (M8) Este ensaio fornece uma das propriedades dos solos tropicais compactados que é considerada na Classificação Geotécnica, da Sistemática MCT. Para este ensaio são utilizados os corpos de prova compactados no ensaio mini-mcv. Esses corpos de prova são parcialmente extraídos de seus moldes de maneira que fiquem com 10 mm expostos. Em seguida são submetidos à imersão em água na posição horizontal. Após 24 horas em imersão recolhe-se a parte eventualmente desprendida e a leva para a estufa para determinar a massa seca. A perda de massa por imersão (Pi) é expressa em porcentagem relativa à massa seca da parte exposta do corpo de prova, que juntamente com o parâmetro d, possibilita a determinação do coeficiente e, utilizado na classificação. A Figura 22 ilustra a realização do ensaio. (VILLIBOR; NOGAMI, 2009) Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

56 54 Figura 22: Ensaio de perda de massa por imersão Fonte: autoria própria Classificação Geotécnica MCT (M9) A classificação MCT nada mais é do que a compilação de dados gerados pelos ensaios M5 e M8 para classificar os solos como lateríticos ou não, como já exposto no início deste projeto e ilustrado na Figura 5. (VILLIBOR; NOGAMI, 2009) Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

57 55 4 RESULTADOS Neste item serão apresentados os resultados de todos os ensaios realizados, comentários referentes aos mesmos e classificação das amostras. Os resultados serão apresentados na ordem de execução conforme estipulado na metodologia e englobam a metodologia tradicional e MCT. 4.1 MÉTODO DAS PASTILHAS Este método de classificação expedito foi adotado para a investigação de comportamento laterítico nas amostras escolhidas por ser de execução rápida e utilizar pouco material, tese reforçada por Villibor e Nogami (2009) que recomendam o uso da expedita em situações preliminares. Na Figura 23 é possível observar que todos os solos apresentaram comportamento laterítico, ficando as amostras de Jóia e Tupanciretã classificadas como LA -LG bem próximos da área LA e a amostra Capão do Cipó, classificada como LG. As três primeiras amostras testadas foram aceitas por apresentarem caráter laterítico e, portanto, atendendo ao inciso I do item 3.4. Passou-se, então, para as próximas etapas, conforme estipulado no início do projeto, considerando três amostras como suficiente de forma a viabilizar tempo e logística para a conclusão da pesquisa. Figura 23: Classificação expedita das amostras Fonte: autoria própria Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

58 CARACTERIZAÇÃO PELA GEOTÉCNICA TRADICIONAL Dando sequência ordem de execução estipulada, passou-se a etapa do inciso II do item 3.4 e coletou-se 200 kg de cada solo. Na sequência, passou-se para a etapa do inciso III do item 3.4 que seria a realização de todos os ensaios da geotécnica tradicional, caracterizando os três solos através da granulometria, limites de consistência, compactação e suporte (ISC) Granulometria Na Figura 24 estão ilustradas as curvas do ensaio da granulometria por sedimentação e peneiramento das três amostras com uso de defloculante. A Tabela 3 traduz os resultados das curvas numericamente, classificando as amostras por percentagem de pedregulho, areias, silte e argila de acordo com as peneiras ABNT. A porcentagem passante na peneira nº 200 foi de 62,33%, 40,57% e 31,72 % respectivamente para os solos Cipó, Jóia e Tupã. Figura 24: Curva granulométrica por sedimentação e peneiramento das amostras Fonte: autoria própria Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

59 57 Tabela 3: Granulometria com defloculante em percentagem das amostras Fonte: autoria própria Analisando estes resultados, observa-se coerência com os resultados da classificação expedita, que demonstra que o solo Cipó é consideravelmente o mais argiloso dentre as três amostras e que o solo Jóia e Tupã são mais arenosos, sendo o solo Tupã o mais arenoso (cerca de 70 % na fração areia) fato reforçado pelo gráfico da classificação expedita da Figura 23, pois quanto menor a contração diametral mais arenoso é o solo, caso do solo Tupã. Figura 25: Faixa Granulométrica Recomendada para Bases de SAFL Fonte: Modificado de Villibor et al. (2009) Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

60 58 A Figura 25, modificada da Figura 8 do item de Villibor et al. (2009), sobrepondo a faixa granulométrica recomendada para bases de SAFL com o resultado do processo de peneiramento simples. Observa-se que a amostra Cipó não se enquadra totalmente na faixa recomendada (apenas para a peneira nº 200 (0,074 mm), ao contrário das amostras Jóia e Tupã, que se enquadram totalmente na faixa. Quanto ao enquadramento no conceito tecnológico de solo arenoso fino laterítico do item 2.3, mesmo sendo classificado como solo laterítico, a amostra Cipó não se enquadra pois possui menos de 50 % de fração retida na peneira de 0,075 mm (nº200). Portanto, para fins deste projeto, a amostra Cipó foi descartada na realização dos ensaios da metodologia MCT, pois não se enquadra como material natural para uso em bases e sub-bases de pavimentos econômicos Limites de Atterberg Na Tabela 4 estão representados os valores dos limites de consistência ou de Atterberg (limite de liquidez, limite de plasticidade e índice de plasticidade) de cada uma das três amostras. Os resultados dos ensaios de limites das amostras se mostraram coerentes com os resultados anteriores. Os limites de liquidez e de plasticidade, por exemplo, são maiores no solo Cipó e consideravelmente menor nos solos Jóia e Tupã, sendo Tupã o menor deles, isso se deve ao fato do solo Cipó ser mais fino e argiloso, portanto, normalmente mais plástico. Tabela 4: Limites de Atterberg das amostras Classificação Tradicional Fonte: autoria própria Neste item serão apresentadas a classificação das amostras, através dos resultados dos ensaios de granulometria e dos limites de consistência, pela SUCS e HRB, conforme revisado respectivamente nos itens e A Tabela 5 apresenta os dados: Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

61 59 Tabela 5: Classificação SUCS e HRB das amostras Fonte: autoria própria O solo Cipó, de acordo com a SUCS, é classificado como siltes inorgânicos ou areias muito finas ou areias finas siltosas ou argilosas. Já na classificação HRB se enquadra como um solo argiloso de IG=6, considerado erroneamente pela mesma como de comportamento sofrível a mau como subleito de rodovias. Curiosamente, os solos Tupã e Jóia são classificados da mesma forma pela SUCS e não pela HRB. Ambos, de acordo com a SUCS, são areias argilosas. Já quando classificados pela HRB, o solo Jóia é um solo siltoso, considerado também erroneamente, de comportamento sofrível a mau como subleito e o solo Tupã uma areia siltosa ou argilosa, considerado acertadamente, de comportamento como subleito excelente a bom. De acordo com DNIT (2006), os materiais do subleito devem apresentar uma expansão, medida no ensaio CBR, menor ou igual a 2% e um CBR maior ou igual a 2%. Sendo contraditório, portanto, o resultado da classificação HRB do solo Jóia, que o classifica com presumível mau comportamento como subleito, uma vez que o CBR do mesmo na energia intermediária foi de 28% com expansão menor que 1%, demonstrando deficiências deste tipo de classificação para solos tropicais Compactação dos solos Os resultados deste ensaio seguiram um comportamento padrão esperado, aumentando a massa específica aparente seca e diminuindo a umidade ótima conforme aumenta-se a energia de compactação em cada amostra. Comparando as amostras umas com as outras, percebe-se que a amostra Cipó apresenta umidades ótimas maiores que as outras devido a maior porção de finos e que as amostras Jóia e Tupã tem valores próximos, demonstrando, mais uma vez, coerência com os resultados anteriores. Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

62 60 A Tabela 6 apresenta os resultados do ensaio de compactação para as três amostras, nas três energias de compactação. Tabela 6: Resultados do ensaio de Proctor Fonte: autoria própria A Figura 26 ilustra as curvas de compactação de todas as três amostras nas três energias de compactação, delas foram retirados os dados apresentados na tabela anterior. Figura 26: Curvas de compactação das amostras Fonte: autoria própria Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

63 Índice de Suporte Califórnia (ISC) Os ensaios de CBR apresentam bastante variabilidade, por este motivo foram feitos mais corpos de prova para uma mesma energia e solo, obtendo o resultado final através de média, com o intuito de obter um número mais representativo. Devido à alta demanda o LEC da UNIJUÍ, ao fato de existirem equipamentos para a realização de cinco ensaios por vez e ao tempo que o ensaio de ISC demanda, optou-se por não executá-lo na energia normal e também pela não execução dele para o solo Cipó, já que o mesmo não pode ser utilizado como amostra natural pela metodologia MCT. Os resultados das expansões e mini-cbr encontram-se na Tabela 7: Tabela 7: CBR das amostras Fonte: autoria própria Jóia. O solo Tupã apresentou resultados de ISC, em ambas as energias, superiores aos do solo 4.3 CARACTERIZAÇÃO PELA METODOLOGIA MCT Conforme estipulado, após a realização dos ensaios da metodologia tradicional e de acordo com o inciso IV, V e VI do item 3.4, os ensaios MCT foram realizados apenas para as amostras Jóia e Tupã Compactação Mini-Proctor (M1) O ensaio de mini Proctor foi realizado na energia intermediária, como preconizado nas bibliografias, para a obtenção da umidade ótima que será utilizada para encontrar os valores necessários nas curvas de mini-cbr e outros parâmetros. A Figura 27 ilustra as curvas e a Tabela 8 os resultados referentes as umidades ótimas. Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

64 62 Figura 27: Curva de compactação mini Proctor intermediária Fonte: autoria própria Tabela 8: Mini Proctor Intermediário das amostras Fonte: autoria própria Mini-CBR e Expansão (M2) A Figura 28 ilustra as curvas de mini-cbr imerso e não imerso na energia intermediária para os dois solos representados nos dois métodos de obtenção de valor do CBR. Na Tabela 9 encontram-se o resultado da expansão dos dois solos na umidade ótima de compactação obtida no ensaio de mini-proctor e os valores de mini-cbr com seus respectivos índices RIS e PSI para cada método. Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

65 63 Figura 28: Curvas de variação dos Mini-CBR Fonte: autoria própria Tabela 9: Mini-CBR e expansão das amostras Fonte: autoria própria Como já estipulado anteriormente, o método adotado para a análise final será o de correlações. Com isso estaremos a favor da segurança, pois para ambos os solos neste método apresentaram valores menores de CBR. Independentemente da variação entre os métodos, os dois Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

66 64 solos atendem à todos os quesitos relacionados à este ensaio, tanto no método de correlações quanto no de cargas padrão Contração (M3) Para este ensaio foram moldados 3 corpos de prova para cada solo, sendo um na umidade ótima e os outros dois com umidade dos pontos anterior e posterior da curva de compactação do Proctor Intermediário, com intuito de traçar a tendência. Com isso é gerado uma reta, onde o valor da contração é obtido para o valor da mesma que intercepta com a umidade ótima do mini Proctor da respectiva amostra. Na Figura 29 estão ilustradas as retas obtidas no ensaio de contração e na Tabela 10 o resultado da contração de cada amostra para sua respectiva umidade ótima. Tabela 10: Valores de contração Fonte: autoria própria Figura 29: Ensaio de contração das amostras Fonte: autoria própria Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

67 Compactação Mini-MCV (M5) Para o ensaio foram moldados cinco corpos de provas para cada amostra em umidades diferentes (umidades 2% acima e abaixo da umidade ótima na energia normal de cada amostra) e aplicado um número crescente de golpes até não haver acréscimo sensível em sua densidade. A Figura 30 apresenta como exemplo a curva de compactação da amostra do solo Tupã, de onde é obtido o coeficiente d, que é a inclinação da parte retilínea do ramo seco na curva de compactação correspondente a 12 golpes. Figura 30: Exemplo de curvas de compactação Fonte: autoria própria O coeficiente é obtido dividindo o resultado da diferencia das massas específicas aparentes secas da reta do ramo seco em kg/m 3 pela variação de percentagem de umidade da mesma. O coeficiente c é a inclinação da curva de afundamento correspondente ao valor de Mini- MCV = 10 (hipotética). Para tal, através das inclinações das outras curvas, interpola-se uma curva que passe pelo ponto de abscissa igual a 10 golpes e ordenada 2,0 mm. A Figura 31 apresenta como exemplo a curva mini-mcv da amostra do solo Tupã. Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

68 66 Figura 31: Exemplo de curva Mini-MCV Fonte: autoria própria Perda de massa por imersão (M8) A partir dos valores calculados para cada teor de umidade, foi representada a curva Mini- MCV x Pi, o Pi a ser adotado para fins de classificação do solo é obtido nesta curva, para valores de Mini-MCV igual a 10 ou 15, dependendo se a massa específica aparente for considerada baixa ou alta. Quando o corpo de prova de 200 gramas tiver uma altura final superior a 48 mm a MEAS será considerada baixa (10) e alta (15) para uma altura final do corpo de prova inferior a 48 mm. A Figura 32 apresenta a curva Mini-MCV x Pi para a amostra do solo Tupã. Neste caso o valor de Mini-MCV foi considerado alto, igual a 15, e o valor de Pi encontrado, onde a reta 15 intercepta a curva, foi de 40%. Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

69 67 Figura 32: Exemplo de curva Mini-MCV x Pi Fonte: autoria própria Classificação Geotécnica MCT (M9) Na Tabela 11 estão presentes os coeficientes encontrados de cada amostra e utilizados na classificação MCT. A Figura 33 ilustra a classificação das três amostras, bem como as áreas de hierarquização. Tabela 11: Coeficientes e Classificação MCT Fonte: autoria própria Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos

70 68 Figura 33: Classificação MCT e hierarquização das amostras Fonte: Modificado de Nogami e Villibor (1995) Pode-se observar que no que diz respeito aos solos de Tupã e Jóia o resultado da classificação MCT, se comparado com a expedita foi muito coerente. Já para amostra Cipó, ficou um pouco mais acima que na expedita no fator e. Logo, o método expedito foi representativo e válido para classificação destas amostras e a classificação final MCT comprovou o comportamento laterítico das mesmas. Analisando a localização dos solos Jóia e Cipó em relação as áreas de hierarquização, percebe-se que eles ficaram entre as duas melhores áreas de utilização, o que serve como indício da qualidade dos mesmos. 4.4 COMPILAÇÃO FINAL DOS CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO Na Tabela 12 encontram-se compilados os critérios de aceitação para o uso de base e subbase com seus valores mínimos e máximos, juntamente com os resultados obtidos para os solos de Jóia e Tupã. Cristiano Schmidt Della Flora (cristiano.schmidtdellaflora@gmail.com). Trabalho de Conclusão de Curso. Ijuí DCEEng/UNIJUÍ, 2015

71 69 Tabela 12: Compilação de critérios de aceitação Fonte: autoria própria Como pode ser observado, os resultados do solo Tupã foram aceitos em todos os quesitos analisados. Já o solo Jóia excedeu a contração máxima em 0,38%. Os ensaios de Infiltrabilidade e Penetrabilidade não puderam ser realizados pois o segundo depende do primeiro e a execução dos mesmo não foi possível em nenhum dos laboratórios por problemas técnicos. Estudo Comparativo entre Solos Arenosos Finos Lateríticos do Rio Grande do Sul para Emprego em Pavimentos Econômicos