Dissertação de Mestrado ESTUDO COMPARATIVO ENTRE ENERGIAS DE COMPACTAÇÃO DO SUBLEITO PARA SUBSIDIAR PROJETOS DE PAVIMENTAÇÃO AUTOR: ELIZEU DA SILVA ZICA ORIENTADOR: Prof. Dr. Flávio Renato de Góes Padula MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA DA UFOP OURO PRETO - MARÇO DE 2010
Z64e Zica, Elizeu da Silva. Estudo comparativo entre energias de compactação do subleito para subsidiar projetos de pavimentação. [manuscrito] / Elizeu da Silva Zica - 2010. xxi, 168f.: il., color.; grafs.; tabs.; mapas. Orientador: Prof. Dr. Flávio Renato de Góes Padula. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. NUGEO. Área de concentração: Geotecnia de pavimentos. 1. Geotecnia - Pavimentos - Teses. 2. Pavimentos de asfalto Teses. 3. Mecânica do solo - Teses. 4. Solos Compactação - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Título. CDU: 624.138 Catalogação: sisbin@sisbin.ufop.br
O aprendizado é constante e por mais tardio que pareça vir, é sempre jovem aos olhos de quem o detém. Elizeu Zica. iii
DEDICATÓRIA. Dedico este trabalho a minha esposa Sãozinha e as minhas filhas Laurita e Áurea, pela paciência e dedicação. iv
AGRADECIMENTOS AGRADEÇO aos meus pais pela perseverança em cobrar a dissertação apresentada. Agradeço a Engenheira do DER-MG Selma Schwab pela oportunidade e orientações. Agradeço a indicação ao curso pelo colega Engenheiro Getúlio Carlos de Salles. Agradeço ao Dr. Prof. da USP José Leomar Fernandes Júnior pela indicação através da USP, apresentando-me a UFOP e ministrando as aulas com profissionalismo incomum nos dias atuais. Ao coordenador do Programa de Pós Graduação em Geotecnia da UFOP, Dr. Prof. Romero César Gomes, pela paciência e elucidações sobre a função da Universidade. Ao Orientador deste trabalho Dr. Prof. Flávio Renato de Góes Padula, cujas sugestões e acompanhamento foram fundamentais para o enriquecimento deste trabalho. Aos DERs da Bahia, AGETOP de Goiás, DER de São Paulo,DERTINS de Tocantins pelas informações constantes sobre as consultas realizadas. Em especial ao DER-MG através da Diretoria de Projetos a qual forneceu os elementos necessários a complementação dos estudos aqui apresentados. Aos colegas, Antônio Fontana, Sávio, Rogério, César Augusto, Luiz Henrique, que em todo momento, não cochilavam em cobrar a apresentação desta dissertação. Ao Prof. Maurício Rios de Almeida, que fomentou de informações durante o curso. Aos Professores João Batista de Carvalho Mendes e Cláudio Albernas que muito contribuíram através de suas experiências rodoviárias. Ao Eng. Célio Santos de Castro do DER-MG, que muito contribuiu para as análises e sugestões sobre o desenvolvimento destas energias de compactação. Ao Prof. Gastão Coelho de Aquino Filho que não mediu esforços em fornecer sua dissertação para consulta. Agradeço aqueles que julgarem este trabalho digno de acréscimo aos meios acadêmicos e profissionais. Meu muito obrigado. v
RESUMO As possíveis soluções através do acréscimo de suporte do solo de fundação (subleito) auxiliam no dimensionamento das camadas do pavimento e, conseqüentemente, minimizam a utilização de materiais para construção.para contribuir de forma econômica e, especialmente, evitar intervenções ambientais em obras de pavimentação, propõe-se nessa dissertação, a adoção de uma energia de compactação denominada energia do Proctor Internormal (PIN). Esta energia equivale a 1,5 vezes a energia do Proctor Normal (PN). Não é uma energia de compactação utilizada oficialmente nos meios rodoviários brasileiros, porém apresentou bons resultados que podem contribuir para sua utilização. O Estado de Minas Gerais é bastante extenso e possui uma diversidade grande de tipos de solos. Para a realização deste trabalho foram estudados três trechos rodoviários em três regiões distintas, objetivando coletar amostras de solos para utilização em subleito de rodovias. Essas amostras foram submetidas a ensaios de caracterização física, compactação, CBR e expansão. Foi realizado, também, uma ampla pesquisa nos arquivos do DER-MG, buscando materiais com a mesma classificação dos solos ensaiados,de forma a confrontar possíveis estudos existentes com esta energia alternativa. Os resultados, obtidos em laboratório, mostraram que nos solos de subleito, ensaiados com a utilização do Proctor Internormal (PIN), houve acréscimo da densidade máxima, aumento nos valores de CBR e diminuição da permeabilidade do solo. Para os solos de classificação TRB A-2-4, houve acréscimo de CBR de mais de 100%, indicando que esta energia, do Proctor Internormal, é adequada para utilização. Este acréscimo na capacidade de suporte, resultou em economia no dimensionamento de todos os pavimentos projetados. Palavras chaves: Proctor Internormal (PIN), subleito, energia de compactação, acréscimo de suporte, dimensionamento. vi
ABTRACT Feasible solutions adopted to increase the bearing ratio of sub-grade soils will help to design thinner or less robust pavement layers which, consequently, in both cases, will widen the availability of materials and diminish the necessary quantities involved for the same support. With the aim to contribute economically and, specially, environmentally wise towards paving works, this dissertation proposes the adoption of a level of compacting energy named Proctor Internormal (PIN) equivalent to 1.5 times the energy of the Proctor test (AASHTO test). It is not a level of energy regularly used by the official Brazilian highway authorities, although it has shown good practical results as to be used in the Brazilian Highways. The State of Minas Gerais is very large and presents a great diversity of different kinds of soils. Sub-grade specimens of three different road stretches situated in three different regions of the State were collected for testing as to evaluate them for State highways sub-grade use. These specimens were tested for physical properties, compaction, California Bearing Ratio (CBR) and swelling or shrinkage. Also, a wide research effort to find soils with the same characteristics as those found in the collected soil specimens was carried in the Minas Gerais Highway Department (DER-MG) files, which may allow the comparison of their test results with those obtained with the materials tested with the alternative energy. The laboratory tests performed with the sub-grade materials subjected to the Proctor Internormal (PIN) energy showed that there was an increase on the maximum density values, on the CBR values and a decrease on the permeability of the soils. For the soils classified as A-2-4 according to TRB classification there was a greater than 100% increase in CBR values, which leads to the conclusion that this "Proctor Internormal energy is adequate generating this bearing capacity increase which results in substantial economy on the design of pavements. Key words: Proctor Internormal (PIN), sub-grade, compaction energy, bearing capacity increase, design. vii
LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Gráfico de classificação MCT e dados diversos dos grupos de solos integrantes da mesma... 16 Figura 3.1 Exemplo de curva de distribuição granulométrica do solo... 20 Figura 4.1 Curva de Compactação... 25 Figura 4.2 Curvas de Compactação de Solo com Energias Diferentes... 28 Figura 4.3 Equipamento de Compactação... 30 Figura 4.4 Curva de compactação obtida em ensaio... 31 Figura 4.5 Curvas de compactação para diferentes tipos de solos... 32 Figura 5.1 - Sessão transversal do pavimento flexível... 40 Figura 5.2 - Curvas de ensaio de penetração p/ determinação do CBR amostras compactadas e embebidas... 42 Figura 5.3 Ábaco de Dimensionamento Método DNER... 48 Figura 6.1 Mapa de Localização do trecho 1... 51 Figura 6.2 Mapa de Vegetação Nativa... 52 Figura 6.3 Plantação de Cana de Açúcar... 53 Figura 6.4 Mapa de Bacia Hidrográfica... 53 Figura 6.5 Rio São Domingos... 54 Figura 6.6 Mapa de solos do trecho 1... 55 Figura 6.7 Mapa de Localização do trecho 2... 56 Figura 6.8 Mapa de Bacia Hidrográfica... 57 Figura 6.9 Ocorrências plantações de cana de açúcar... 57 Figura 6.10 Mapa de Solos do trecho 2... 58 Figura 6.11 Mapa de Localização do trecho 2... 59 Figura 6.12 Mapa de Bacia Hidrográfica... 60 Figura 6.13 Travessia sobre o Rio Jequitinhonha... 61 Figura 6.14 Travessia sobre o rio do Peixe... 61 Figura 6.15 Campo Rupestre... 61 Figura 6.16 Mapa de Solos do trecho 3... 62 Figura 6.17 - Solos areno-argiloso, trecho 3... 63 Figura 6.18 Coleta de amostras trecho... 64 viii
Figura 6.19 - Solos areno-argiloso, trecho1... 66 Figura 6.20 Solos preparados. Ensaio de caracterização, trecho 1... 66 Figura 6.21 Ensaio de granulometria... 66 Figura 6.22 Ensaio de Limites Físicos... 66 Figura 6.23 Corpos de Prova submersos em tanque de saturação... 68 Figura. 6.24- Exploração de jazida de material granular... 71 Figura 7.1 Curva granulométrica dos solos trecho 1... 76 Figura 7.2 Curva granulométrica dos solos do trecho 2... 77 Figura 7.3 Curva granulométrica do solos do trecho 3... 78 Figura 7.4 Curva granulométrica dos solos do trecho 3 (solos argilo arenosos)... 78 Figura 7.5 Gráfico de umidade x densidade-trecho 1... 83 Figura 7.6 Gráfico de umidade x densidade-trecho 2... 84 Figura 7.7 Gráfico de umidade x densidade-trecho 3 solos siltosos... 84 Figura 7.8 Gráfico de umidade x densidade-trecho 3 solos argilo arenosos... 85 Figura 7.9 Energia de Compactação x Densidade Máxima Trecho 1... 85 Figura 7.10 Energia de Compactação x Densidade Máxima Trecho 2... 86 Figura 7.11 Energia de compactação x Densidade Máxima Trecho 3 (solos siltosos)... 87 Figura 7.12 Energia de Compactação x Densidade Máxima Trecho 3 (solos argilo arenosos)... 87 Figura 7.13 Gráfico Energia de Compactação x Umidade Ótima - Trecho 1... 88 Figura 7.14 Gráfico Energia de Compactação x Umidade Ótima - Trecho 2... 88 Figura 7.15 Gráfico Energia de Compactação x Umidade Ótima - Trecho 3 (solos siltosos)... 89 Figura 7.16 Gráfico Energia de Compactação x Umidade Ótima - Trecho 3 (solos argilo arenosos)... 89 Figura 7.17 Gráfico Energia de Compactação x CBR Trecho 1... 92 Figura 7.18 Gráfico Energia de Compactação x CBR Trecho 2... 93 Figura 7.19 Gráfico Energia de Compactação x CBR Trecho 3 solos siltosos. 93 Figura 7.20 Gráfico Energia de Compactação x CBR Trecho 3 solos argilo arenosos... 94 ix
Figura 7.21 Energia de Compactação x Média de CBR dos Solos A-2-4 Pesquisados no DER-MG... 102 Figura 7.22 Energia de Compactação x Média de CBR dos Solos A-7-5 e A-7-6, #200 80%... 102 Figura 7.23 Energia de Compactação x Média de CBR dos Solos A-7-5 e A-7-6, # 200 < 80%... 103 x
LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Sistema Unificado de Classificação de Solos... 12 Tabela 2.2 Classificação dos Solos (TRB)... 13 Tabela 3.1 Granulometria... 19 Tabela 4.1 Características dos Cilindros e Soquetes Utilizados nos Ensaios de Compactação AASHTO... 30 Tabela 5.1 Coeficiente de Equivalência Estrutural... 46 Tabela 5.2 Espessura Mínima de Revestimento Betuminoso... 47 Tabela 6.1 Localização dos trechos estudados... 49 Tabela 6.2 Localização, posição e profundidade das amostras coletadas... 64 Tabela 6.3 Localização posição e profundidade das amostras coletadas... 65 Tabela 6.4 Localização, posição e profundidade das amostras coletadas... 65 Tabela 6.5 Energias de Compactação... 67 Tabela 6.6 Trechos pesquisados no DER... 74 Tabela 7.1 Localização dos Trechos Coletados... 75 Tabela 7.2 Resultado de Ensaios de Limites de Atterberg... 79 Tabela 7.3 Resultado de Ensaios de Limites de Atterberg... 79 Tabela 7.4 Resultado de Ensaios de Limites de Atterberg (solos siltosos expansivos).... 80 Tabela 7.5 Resultado de Ensaios de Limites de Atterberg (solos finos argilo arenosos )... 80 Tabela 7.6 Resultados de CBR com Variadas Energias de Compactação Trecho1... 90 Tabela 7.7 Resultados de CBR com Variadas Energias de Compactação Trecho 3 (solos argilo arenosos)... 91 Tabela 7.8 Resultados de CBR com Variadas Energias de Compactação- Tercho2... 91 Tabela 7.9 Resultados de CBR com Variadas Energias de Compactação Trecho 3 (solos siltosos)... 91 Tabela 7.10 Energia de Compactação x Expansão Trecho1... 95 xi
Tabela 7.11 Energia de Compactação x Expansão Trecho2... 96 Tabela 7.12 Energia de Compactação x Expansão Trecho3... 96 Tabela 7.13 Energia de Compactação x Expansão Trecho3 (2º)... 97 Tabela 7.14 Dimensionamento de Pavimento Trecho 1... 98 Tabela 7.15 Dimensionamento de Pavimento Trecho 2... 99 Tabela 7.16 Dimensionamento de Pavimento Trecho 3 (solos argilo arenosos... 100 Tabela 7.17 Características Técnicas dos Trechos Estudados... 105 Tabela 7.18 Preço de Execução de Energias de Compactação... 106 xii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials ABDER Associação Brasileira dos DER s ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas AGETOP- Agência Goiana de Transportes e Obras ANA Agência Nacional de Águas APP Área de Preservação Permanente ASCE American Society of Civil Engineers ASTM American Society for Testing and Materials CBR Califórnia Bearing Ratio CETEC Centro Tecnológico de Minas Gerais DER Departamento de Estradas de Rodagem DERBA Departamento de Estradas de Rodagem do Estado da Bahia DERTINS Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de Tocantin DER-MG Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de Minas Gerais DERT-CE Departamento de Edificações Rodovias e Transporte do Estado do Ceará DERT-ES-P Departamento de Edificações Rodovias e Transporte Especificações de Serviço DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNER-ME Departamento Nacional de Estradas de Rodagem - Método de Ensaio DNPM Departamento Nacional de Produção Mineral DNIT Departamento Nacional de Infra Estrutura de Transporte HRB Highway Research Board IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IG Índice de Grupo IGAM Instituto Mineiro de Gestão das Águas IP Índice de Plasticidade IPR Instituto de Pesquisas Rodoviários IS Índice Suporte ISC Índice Suporte Califórnia xiii
LL Limite de Liquidez LP Limite de Plasticidade MCT Miniatura, Compactado, Tropical (designação de uma metodologia de ensaio) MIT Massachusetts Institute of Technology NBR Norma Brasileira PI Proctor Intermediário PIN Proctor Internormal PN Proctor Normal PRAD Plano de Recuperação de Área Degradada PTRF Projeto Técnico de Recuperação Ambiental SEIA-BA Sistema Estadual de Informações Ambientais da Bahia SUCS Sistema Unificado de Classificação de Textos TR Recomendação Técnica TRB Transportation Research Board TRRL \transportation and Road Research Laboratory TSD Tratamento Superficial Duplo USA Estados Unidos da América USACE United States Army Corps of Enginners UTM Universal Transversa de Mercator sistema de coordenadas xiv
LISTA DE SIMBOLOS Ec = Energia de compactação m = Massa do soquete empregado g = aceleração da gravidade = 9,81/m/s 2 h = altura de queda do soquete N = numero de camadas em que o solo é compactado n = número de golpes v = volume de corpo de prova compactado ϑ = velocidade γ= peso específico w = umidade h ot = umidade ótima Ø= diâmetro % = porcentagem < = menor que > = maior que = menor ou igual a = maior ou igual a xv
LISTA DE ANEXOS Anexo I Resultado de Ensaios Anexo II Calibração dos Equipamentos Anexo III Mapas dos Trechos Pesquisados Anexo IV Pesquisas Realizadas no DER-MG Anexo V Planilha de Custos Anexo VI Preços Unitários DER-MG xvi
INDICE CAPITULO 1 INTRODUÇÃO... 01 1.1 OBJETIVO GERAL... 1.1.1 Objetivos Específicos... 1.2 JUSTIFICATIVA... 1.3 METODOLOGIA DO TRABALHO... 1.4 DISTRIBUIÇÃO DOS ASSUNTOS NA DISSERTAÇÃO... 04 04 04 05 06 CAPITULO 2 SOLOS... 2.1 INTRODUÇÃO... 2.2 CONCEITO DE SOLO... 2.3 NATUREZA DOS SOLOS... 2.4 CONSTITUIÇÃO DOS SOLOS... 2.5 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS... 2.5.1 Classificação Genérica... 2.5.2 Classificação Granulométrica... 2.5.3 Classificações Geotécnicas Convencionais... 2.5.3.1 Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS)... 2.5.3.2 Classificação Transportation Research Board (TRB) Antiga HRB (Highway Research Board)..... 2.5.4 Classificações Geotécnicas Não Convencionais... 2.5.4.1 Classificação MCT... 08 08 08 08 09 09 10 11 11 12 13 14 14
2.5.5 Considerações... 17 CAPITULO 3 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO... 3.1 INTRODUÇÃO... 3.2 ENSAIOS DE GRANULOMETRIA... 3.2.1 Ensaio de Granulometria por Peneiramento... 3.2.2 Ensaios de Granulometria por Sedimentação... 3.3 LIMITES DE ATTERBERG... 3.3.1 Limite de Liquidez LL... 3.3.2 Limite de Plasticidade LP... 3.3.3 Indice de Plasticidade... 3.3.4 Indice de Grupo... 3.3.5 Considerações Finais... 18 18 18 18 19 20 21 21 22 22 23 CAPITULO 4 COMPACTAÇÃO DE SOLOS... 4.1 INTRODUÇÃO... 4.2 CONCEITO DE COMPACTAÇÃO... 4.3 CURVA DE COMPACTAÇÃO... 4.4 INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO NA ESTRUTURA DOS SOLOS... 4.5 ENERGIA DE COMPACTAÇÃO... 4.6 MÉTODOS DE COMPACTAÇÃO... 4.7 INFLUÊNCIAS DAS CARACTERÍSTICAS DO SOLO NO COMPORTAMENTO DESTE, APÓS O ESFORÇO DE COMPACTAÇÃO... 24 24 24 25 26 27 29 32
4.8 CONSIDERAÇÕES SOBRE A ENERGIA DE COMPACTAÇÃO... 33 CAPITULO 5 DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXIVEIS... 5.1 INTRODUÇÃO... 5.2 CONCEITO DE PAVIMENTO... 5.3 ESTRUTURA DO PAVIMENTO... 5.3.1 Nomenclatura da Seção Transversal... 5.4 MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DO DNER... 5.4.1 Cálculo do CBR/ISC... 5.4.2 Parâmetros do Subleito... 5.4.2.1 Cálculo do IS min... 5.4.3 Classificação dos Materiais Empregados no Pavimento (DNIT, 2006) 5.4.4 Tráfego (DNIT, 2006)... 5.4.5 Coeficiente de Equivalência Estrutural... 37 37 38 39 40 41 41 43 43 44 44 45 CAPITULO 6 MATERIAIS E METODOS... 6.1 INTRODUÇÃO... 6.2 CARACTERIZAÇÃO DAS ÁREAS DE INSERÇÃO DOS TRECHOS ENSAIADOS... 6.2.1 Introdução... 6.2.2 Trecho 1 Limeira do Oeste Rio São Domingos... 6.2.3 Trecho 2 Entroncamento BR 262 Almeida Campos LMG 798... 6.2.4 Trecho 3 Milho Verde Serro... 49 49 50 50 50 55 59
6.3 COLETA, ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS (TRB)... 6.3.1 Coleta de Amostras... 6.3.2 Ensaios de Caracterização... 6.3.3 Classificação dos Solos TRB... 6.4 ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO, CBR E EXPANSÃO... 6.5 CALIBRAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS... 6.6 MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO FLEXÍVEL... 6.7 CONSIDERAÇÕES AMBIENTAIS PARA MATERIAIS DE PAVIMENTAÇÃO... 6.8 CONSULTA/PESQUISAS... 6.8.1 Consultas nos DER s do Brasil... 6.8.2 Pesquisas dos Solos de Subleito Estradal Estudados no DER-MG... 63 63 66 67 67 68 68 68 72 72 73 CAPITULO 7 RESULTADOS E DISCUSSÕES... 7.1 INTRODUÇÃO... 7.2 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO... 7.2.1 Análise Granulométrica... 7.2.2 Limites de Atterberg... 7.3 ÍNDICE DE GRUPO... 7.4 CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS SEGUNDO TRB... 7.5 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO... 7.6 ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (CBR)... 75 75 76 76 79 81 82 82 90
7.7 EXPANSÃO... 7.8 DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO NOS TRECHOS ENAIADOS 7.9 ANÁLISE DA PESQUISA NO DER-MG... 7.9.1 Resultado das Pesquisas Realizadas no DER-MG... 7.9.2 Resultado das Consultas a Outros DERs... 7.10 CUSTO / BENEFÍCIO... 7.11 CONSIDERAÇÕES FINAIS... 95 98 101 101 104 105 108 CAPITULO 8 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS... 8.1 CONCLUSÕES... 8.2 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS... 110 110 113 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 115 ANEXOS RESULTADOS DE ENSAIOS... 118
CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO A crescente escassez de ocorrências de materiais utilizados em camadas de pavimentos rodoviários no Brasil está gerando, atualmente, estudos alternativos de pesquisas necessárias para suprir essas poucas ocorrências. A intervenção ambiental na exploração de jazidas de materiais granulares com características para serem utilizadas em camadas de pavimento rodoviário também direciona pesquisas alternativas de substituição desses materiais. Uma dessas alternativas/pesquisas que venha atender essa demanda de forma a não agredir o meio ambiente, evitando utilização de materiais escassos, traduz-se no estudo de acréscimo de energia de compactação em solos. A implantação de uma estrada requer vários estudos alternativos possíveis. Atualmente são implantadas estradas sobre as vias já preexistentes, caracterizando-as na fase de projeto como melhoramentos e pavimentação. Raros são os trechos considerados virgens, a serem totalmente implantados. As vias atuais a serem pavimentadas, já muito exploradas pelas diversas manutenções rodoviárias ocorridas, requerem a indicação de materiais para pavimentação muitas vezes já esgotados na região. Esses materiais de pavimentação são provenientes de jazidas, que são constituídas de solos a serem utilizados na confecção de base e sub-base dos pavimentos e empregados em substituição de solos de subleito com baixo suporte. A intervenção ambiental tal como o desmatamento com a remoção da camada vegetal para a exploração de jazidas vem cada vez mais sendo dificultada. Essa operação de 1
desmatamento em muito agride o meio ambiente, requer estudos específicos para recuperação de áreas degradadas. A distância de transporte cada vez maior, face à escassez de materiais, é outro fator que onera demasiadamente as obras rodoviárias. As negociações com proprietários para liberação das jazidas, já escassas, a licença junto ao Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM) para a exploração do material granular e a execução de caminhos de serviços para acesso às jazidas, dentre outros fatores, somam-se às diversas dificuldades econômicas e ambientais na exploração e utilização desses materiais nas camadas de pavimento. Conjuga-se também uma possível ocorrência de Área de Preservação Permanente (APP), nas jazidas e mediações, as quais necessitam de autorização para serem transpostas. Buscando fontes de pesquisas e/ou alternativas, de forma a evitar uma possível exploração de jazidas, verifica-se que um estudo de acréscimo de energia de compactação pode vir a suprir parte dessa intervenção ambiental de forma econômica. De acordo com Vargas (1977), a técnica de lançar os aterros em camadas horizontais e a passagem de rolos compressores pesados, que evitam a terra fofa e a formação de vazios entre prováveis torrões, chama-se de compactação. A evolução da compactação deve-se aos trabalhos de O.J. Porter, seguindo-se o de R. R. Proctor em 1933. Ralph Proctor publicou suas observações sobre a compactação de aterros mostrando que, aplicando-se uma determinada energia de compactação que é o ato de artificialmente aumentar o peso específico do solo por manipulação agindo-se sob forma de pressão ou apiloamento ou vibração das partículas de solo de modo que elas 2
fiquem em estado de contato íntimo (Baptista, 1974), a massa específica resultante é em função da umidade em que o solo estiver. Define-se a energia de compactação como sendo a energia empregada por umidade de volume de solo compactado, em um método dinâmico de compactação qualquer (Pinto, 2006). No Brasil, as energias de compactação utilizadas normalmente seguem as especificações do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER), atual Departamento Nacional de Infra Estrutura de Transporte (DNIT), para obras de pavimentação rodoviária. De acordo com a norma técnica DNER-ME 129/94, foram estabelecidas as energias de compactação Normal, Intermediária e Modificada para se determinar a correlação entre o teor de umidade e a massa específica aparente do solo seco. Atualmente, alguns Departamentos Estaduais da área rodoviária estão aplicando novas energias de compactação nos materiais que integram as camadas dos pavimentos rodoviários. Essas novas energias são aplicadas àqueles materiais que possuem características geotécnicas que não atendem à norma DNER-ME129/94, particularmente no que se refere aos valores do ISC (Índice Suporte Califórnia) ou CBR (Califórnia Bearing Ratio). O ensaio do CBR foi concebido pelo Departamento de Estradas de Rodagem da Califórnia (USA) para avaliar a capacidade de suporte dos solos. No ensaio de CBR é medida a resistência, à penetração de uma amostra saturada, compactada segundo o método Proctor. Não se objetiva aqui criar uma nova tecnologia de compactação como, por exemplo, mudança de pesos de soquetes ou alteração em alturas de compactação, mas sim verificar uma metodologia prática que vem sendo utilizada por alguns Departamentos Estaduais. 3
A premissa básica e as vantagens do presente estudo podem assegurar a minimização de intervenção ambiental evitando explorar um volume maior de matéria prima para utilização em camadas de pavimento rodoviário. 1.1 OBJETIVO GERAL Este trabalho tem por objetivo mostrar que o uso de energia de compactação adequada para certo tipo de solo do subleito pode contribuir para a construção de pavimentos mais econômicos e com menor impacto ambiental. 1.1.1 Objetivos Específicos: a) Avaliar o comportamento das energias de compactação do Proctor Normal, Internormal e Intermediário nos solos do leito estradal nos trechos pesquisados. b) Classificar os solos do leito estradal nos trechos pesquisados, possibilitando agrupar a variedade de solos existentes em classes, auxiliando os estudos de caracterização. c) Verificar a interferência das energias do Proctor Normal, Internormal e Intermediário nos ensaios de compactação, densidade, CBR e Expansão. d) Apresentar estudos sobre energias diferenciadas para camadas de pavimento, e) Avaliar a economia proporcionada após resultados adquiridos. f) Elucidar a importância ambiental dos estudos realizados. 1.2 - JUSTIFICATIVA Tendo em vista a crescente escassez de ocorrências de materiais para execução das camadas de pavimentos rodoviários, torna-se bastante oportuno a elaboração de novos estudos que busquem alternativas que venham suprir de forma eficiente e, ao mesmo tempo, econômica e ambientalmente viável. 4
Mendes (1973) já havia afirmado que é da maior importância que estudemos as características de nossos solos para melhor adaptarmos as experiências estrangeiras à nossa técnica. O estudo de uma energia de compactação mais adequado para determinado tipo de solo permitirá um aproveitamento mais eficiente das características do solo, de maneira a influenciar consideravelmente o dimensionamento do pavimento, permitindo um maior aproveitamento do material encontrado in loco, ou seja, no leito estradal. O presente estudo poderá orientar outros Departamentos Estaduais da área rodoviária, trazendo economia e menor intervenção no meio ambiente, através de bons estudos geotécnicos. 1.3 METODOLOGIA DO TRABALHO Objetivando fornecer elementos que facilitem a compreensão deste trabalho, foi inicialmente elaborada uma revisão bibliográfica na qual foram apresentados conceitos fundamentais dos temas e termos de maior relevância empregados neste trabalho. Concomitantemente foram relacionados três trechos de rodovias a serem implantados no estado de Minas Gerais para coleta de amostras e realização dos ensaios laboratoriais. Após realização dos ensaios, os dados foram compilados e processados e serão aqui representados sobre forma de tabelas e gráficos. Foi realizada uma coleta de resultado de ensaios, junto aos arquivos do DER-MG, Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de Minas Gerais, objetivando adquirir dados de projetos rodoviários, já elaborados, adotando essa variação de energia de compactação. 5
Realizou-se uma consulta em outros DERs dos estados brasileiros de forma a fomentar as pesquisas e, ao mesmo tempo, suprir de informações o andamento de pesquisas com mesmo objetivo, enriquecendo a presente dissertação. Utiliza-se aqui o Referencial de Preços para Obras Rodoviárias do DER-MG para ilustrar a economia que pode ser gerada caso sejam executadas as alternativas apresentadas. Finalizando o trabalho, encontra-se uma análise dos resultados, fundamentada na literatura pesquizada. 1.4 DISTRIBUIÇÃO DOS ASSUNTOS NA DISSERTAÇÃO Esta dissertação constitui-se de oito capítulos distribuídos da seguinte maneira: a) Capítulo 1 Introdução: relata, de forma sintética, a importância econômica e ambiental dos estudos de variação de energia de compactação. Apresenta o objetivo e a justificativa deste trabalho. b) Capítulos 2, 3, 4 e 5 Estes capítulos constam de uma revisão bibliográfica de forma a apresentar todas as bases técnicas pesquisadas, enfocando principalmente os assuntos inerentes aos estudos geotécnicos necessários à segurança e ao emprego em obras rodoviárias. c) Capitulo 6 Materiais e Métodos: relaciona todos os materiais pesquisados utilizados nos ensaios e lista os métodos para obtenção dos resultados dos ensaios apresentados. Neste capítulo, é apresentada a caracterização das áreas de inserção dos trechos relacionados para realização dos ensaios. d) Capitulo 7 Resultados e Discussões: Apresenta os resultados de uma pesquisa realizada junto ao DER-MG, particulariza cada ensaio, conclui previamente os 6
resultados e, em alguns casos, confronta as opiniões de alguns autores cujos artigos já foram publicados. e) Capitulo 8 Conclusões e Sugestões para Pesquisas Futuras: avalia o resultado e propõe sugestões para estudos futuros. f) Referências Bibliográficas g) Anexos Resultados de Ensaios 7
CAPITULO 2 SOLOS 2.1- INTRODUÇÃO Para se ter um solo como objeto de uma pesquisa é necessário identificá-lo. Os cálculos de qualquer projeto de engenharia envolvendo solos serão baseados nas propriedades específicas da classe a que pertencem o solo. A utilização do solo como material de construção em rodovias, constituindo aterros, base, sub-base e reforço do subleito dos pavimentos requer sua classificação cujo objetivo é inferir preliminarmente suas capacidades geotécnicas. 2.2 CONCEITO DE SOLO Com a finalidade específica de engenharia civil, para Vargas (1977), o termo solo é considerado como todo material da crosta terrestre que não ofereça resistência intransponível à escavação mecânica e que perde totalmente toda resistência quando em contato prolongado com a água. Estes materiais reagem sob fundações, deformam-se e resistem a esforços influenciando as obras segundo suas propriedades e comportamentos. 2.3 NATUREZA DOS SOLOS Todo solo tem sua origem remota ou imediata na decomposição das rochas por ação de intempéries tais como expansão e contração térmica, levando ao fraturamento mecânico, e à alteração química transformando-os em areias e argilas. De acordo com Craig (2007), se os produtos da exposição ao tempo permanecem no local de origem, eles constituem um solo residual. A composição mineralógica e 8
granulométrica, a estrutura e espessura dos solos residuais dependem do clima, relevo, tempo e tipo de rocha de origem. No entanto, quando os produtos da exposição ao tempo são transportados por algum agente e depositados em um local diferente ao da origem, eles constituem um solo transportado. Os agentes de transporte podem ser a gravidade, o vento, a água e as geleiras e outros. Estes processos podem ser bem mais atuantes em climas quentes, levando a formação de solos constituídos de partículas pequenas que se diferenciam pelo tamanho e pela composição química conforme a rocha de origem. Assim sendo, os termos pedregulhos, areia, silte e argila têm três significados diferentes. Segundo Vargas (1977), esses termos denotam espécies mineralógicas diferentes ; frações de solos com tamanhos de grãos diferentes e "camadas de solos. 2.4 CONSTITUIÇÃO DOS SOLOS Um solo é qualquer reunião de partículas minerais soltas, ou fracamente unidas (Craig, 2007). A primeira característica levada em conta na diferenciação de um solo refere-se ao tamanho de suas partículas. Num solo convivem partículas de diversos tamanhos e formas. Os grãos dos solos acham-se reunidos de modo a se tocarem entre si, deixando espaços vazios denominados poros. Esses poros são preenchidos por água ou ar. Os solos constituem-se de três fases: sólida, líquida e gasosa. 2.5 - CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS Com o objetivo de facilitar os estudos de caracterização e prever o comportamento diante das solicitações a que serão submetidos, os solos são agrupados em classes e é fundamental que exista uma linguagem padrão para a descrição dos mesmos. A descrição dos solos é feita destacando-se principalmente cor, a textura, a estrutura e a plasticidade. 9
2.5.1 Classificação Genética Essa classificação leva em conta tão somente a formação originária do solo. Constituem-se em ferramentas de grande utilidade, uma vez que ajudam a interpretar a distribuição e o comportamento das diferentes camadas de solo de uma determinada área, estando a sua validade restrita a circunstâncias particulares de um meio ambiente. Entretanto, necessitam ser bem interpretadas, pois não permitem prever diretamente as propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos de interesse para obras de engenharia. As classificações genéticas mais utilizadas são a geológica e a pedológica. De acordo com Pastore e Fontes (2007), a classificação geológica interpreta a gênese do solo com base na análise tátil-visual e em observações de campo acerca da forma de ocorrência e das relações estratigráficas com outras ocorrências, interpretando-se os processos responsáveis pela gênese e a rocha de origem Apesar de fundamental, pois através desta classificação se estabelece a correlação entre os diversos horizontes ou camadas de solos que ocorrem em uma determinada região, a classificação geológica não fornece as propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos. Sendo assim, há a necessidade de se utilizar em conjunto, classificações geotécnicas. A classificação pedológica concentra seu interesse na parte mais superficial do solo onde, segundo Pastore e Fontes (2007), é mais evidente a atuação de fatores pedogenéticos diferenciando esse perfil em horizontes denominados A, B e C. Os processos pedogenéticos promovem a adição, perda, transformação e transporte do material do solo. De acordo com Vaz (1996), durante a evolução pedogênica, os grãos minerais são fragmentados, decompostos e mobilizados, destruindo completamente seu imbricamento original, acelerando a formação de novos minerais, iniciada na fase de alteração intempérica e acarretando a homogeneização do solo, para o que contribui a ampla fauna de insetos e de microorganismos das regiões tropicais. Os principais processos são o de eluviação e iluviação, respectivamente processos de perda e adição de material; a lixiviação, que remove os sais solúveis e a podzolização e 10
a laterização, respectivamente, processos que levam à concentração de sílica e ferro. O agente principal dos processos pedogenéticos é a movimentação da água no solo, através de infiltração no período de chuvas e evaporação nas secas, razão pela qual esses processos são particularmente ativos nas regiões tropicais. A classificação pedológica tem grande valor pela riqueza de conteúdo e informações, porém existem limitações na sua utilização, principalmente no que se refere ao fato das informações estarem limitadas aos horizontes A e B, os quais, em muitas obras civis são, parcialmente ou totalmente removidos, e também em razão de grupos pedológicos distintos apresentarem o mesmo comportamento geotécnico e ainda um mesmo grupo pedológico apresentar diferentes propriedades geotécnicas. 2.5.2 Classificação Granulométrica A classificação granulométrica consiste em agrupar os solos de acordo com sua textura, ou seja, com o tamanho de suas partículas. Para isso, estabelece-se uma escala granulométrica, isto é, uma escala das grandezas dos diâmetros entre os quais se encontram os tamanhos dos grãos das diversas frações constituintes do solo. De acordo com Pastore e Fontes (2007), as escalas granulométricas mais utilizadas para a classificação textural são as elaboradas pela AASHTO, ASTM, MIT e pela ABNT. Vargas (1977) ressalta que, para fins geotécnicos, as classificações granulométricas só são eficientes no caso de solos grossos, porém falham no caso dos solos que têm plasticidade. 2.5.3 Classificações Geotécnicas Convencionais As classificações geotécnicas convencionais correspondem àquelas que se baseiam nos ensaios granulométricos e limites de Atterberg para classificar e determinar o estado dos solos. 11
Os Limites de Atterberg referem-se aos limites de liquidez e plasticidade do solo. 2.5.3.1 Sistema unificado de classificação dos solos (SUCS) De acordo com Vargas (1977), esta classificação é derivada do sistema de classificação elaborado por A. Casagrande em 1948, inicialmente denominado Sistema de Classificação de Aeroportos, adaptado pelo Bureau of Reclamation e U.S. Corps of Engineers em 1953, e teve seu emprego generalizado normatizado pela ASTM D2487 em 1983. Nesta classificação cada solo é representado por duas letras: um prefixo, ligado ao tipo e um sufixo ligado às características granulométricas e à plasticidade, (Bueno e Viar, 1984) (Tabela 2.1). Tabela 2.1 Sistema Unificado de Classificação de Solos SOLOS DE GRADUAÇÃO GROSSA Mais de 50% retido na peneira nº 200 Pedregulhos: 50% ou mais da fração graúda retida na peneira nº 4 Areias: mais de 50% da fração graúda passando na peneira nº 4 Pedregulho sem finos Pedreg. Com finos Areias sem finos Areias com finos GW GP GM GC SW SP SM SC Pedregulhos bem graduados ou misturas de areia e ped com pouco ou nenhum fino Pedregulho mal graduado ou misturas de areia e ped. com pouco ou nenhum fino Pedregulhos siltosos ou misturas de ped areia e silte Pedregulhos argilosos, ou misturas de ped. areia e argila Areias bem graduadas, ou areias pedregulhosas, com pouco ou nenhum fino Areias mal graduadas, ou areias pedregulhosas com pouco ou nenhum fino Areias siltosas misturas de areia e silte Areias argilosas misturas de areia e argila SOLO DE GRADUAÇÃO FINA: 50% ou mais passando pela peneira nº 200 SILTES e ARGILAS Com LL 50 SILTES e ARGILAS Com LL > 50 Fonte: Manual de Pavimentação DNIT 2006 ML CL OL MH CH OH Siltes inorgânicos areias muito finas areias finas siltosas e argilosas Argilas inorgânicas de baixa e média plasticidade argilas pedregulhosas, arenosas e siltosas Siltes orgânicos argilas siltosas orgânicas de baixa plasticidade Siltes areias finas ou siltes micáceos siltes elásticos Argilas inorgânicas de alta plasticidade Argilas orgânicas de alta e média plasticidade Solos altamente Orgânicos PT Turfas e outros solos altamente orgânicos 12
2.5.3.2 Classificação do TRB (Transportation Research Board), antiga HRB (Highway Research Board) Também conhecida como Classificação AASHTO, essa classificação teve origem nos sistemas do Bureau of Public Roads e Public Roads Administration. Foi elaborada principalmente para uso de engenheiros rodoviários e classifica, subleitos em rodovias. Segundo Pastore e Fontes (2007), esse sistema sofreu revisão entre 1943 e 1945 pelo Highway Research Board, quando foi introduzido o Índice de Grupo. Nesta classificação os solos são reunidos em grupos e subgrupos. Tabela 2.2 Classificação dos Solos (TRB) CLASSIFICAÇÃ O GERAL MATERIAIS GRANULARES 35% (ou menos) passando na peneira nº 200 MATERIAIS SILTO- ARGILOSOS Mais de 35% passando na peneira nº 200 A-1 A-3 A-2 CLASSIFICAÇÃ O EM GRUPO A-1-A A-1-B A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-4 A-5 A-6 A-7 A-7-5 A-7-6 Granulometria - % passando na peneira Nº 10... Nº 40... Nº 200... Características da fração passando na peneira nº 40 Limite de Liquidez... ÍP 50 máx 30 máx 15 máx 30 máx 25 máx 6 máx 6 máx NP 51 min 10 máx 35 máx 35 máx 35 máx 35 máx 40 máx 10 máx 41 min 10 máx 40 máx 11 min 41 min 11 min 36 min 40 máx 10 máx Índice de Grupo 0 0 0 0 0 4 máx 4 máx 8 máx Materiais constituintes Comportamento como subleito Fragmentos de pedra, pedregulho fino e areia Excelente a bom Pedregulho ou areias siltosas ou argilosas * O IP do grupo A-7-5 é igual ou menor do que o LL menos 30 Fonte: Manual de Pavimentação DNIT 2006 36 min 41 min 10 máx 12 máx Solos siltosos 36 min 40 máx 11 min 16 máx Sofrível a mau 36 min 41 min 11 min * 20 máx Solos argilosos 13
Os solos granulares compreendem os grupos A-1; A-2 e A-3, os solos finos os grupos A-4; A-5; A-6 e A-7 dos quais três são subdivididos em subgrupos. Determinase o grupo do solo por processo de eliminação da esquerda para a direita, no quadro de classificação (Tabela 2.2.). O primeiro grupo a partir da esquerda com o qual os valores do solo ensaiado irá coincidir, será a classificação correta. 2.5.4 Classificações Geotécnicas não Convencionais As classificações tradicionais foram desenvolvidas para solos de países de clima temperado, não sendo geralmente apropriadas para solos tropicais. Em razão disso, vários estudos têm sido realizados com intuito de desenvolver um método rápido e simples, capaz de identificar as diferenças entre os vários tipos de solos tropicais e estimar suas propriedades de interesse como material integrante de um pavimento. No Brasil, temos a proposta de Medina e Preussler (1980) que apresenta uma classificação a qual permite a obtenção do módulo resiliente do solo a partir de índices classificatórios tradicionais e o sistema de classificação MCT (Miniatura, Compactado, Tropical), desenvolvido por Nogami e Villibor (1995), com a finalidade básica de melhor caracterizar os solos tropicais através da determinação das propriedades mecânicas e hidráulicas de solos tropicais compactados para uso em obras viárias. A técnica permite avaliar propriedades fundamentais dos solos associados à contração, permeabilidade, expansão, coeficiente de penetração d água, coesão, capacidade de suporte e famílias de curvas de compactação, utilizando corpos de prova de dimensões reduzidas (50x50 mm). 2.5.4.1 Classificação MCT A metodologia para classificação MCT se baseia em ensaios de compactação e perda de massa por imersão de corpo de prova, proposta por Nogami e Villibor (1981). No ensaio de compactação Mini-MCV, determina-se os coeficientes c (parâmetro utilizado conjuntamente com outros para classificar o solo) e d (coeficiente angular da curva de 12 golpes). 14
Por Mini-MCV entende-se uma propriedade empírica do solo determinada no ensaio em função do teor de umidade. No ensaio pode-se obter famílias de curva de compactação obtidas com a energia variável e a relação de Mini-MCV com o teor de umidade, que permite determinar, no campo, o teor de umidade de compactação (Nogami e Villibor, 1981). No ensaio de perda de massa por imersão obtém-se o parâmetro Pi ( expresso em %) que é também utilizado com os parâmetros c e d na classificação do solo. De posse dos resultados dos ensaios de compactação mini-mcv e de perda de massa por imersão, os solos são dispostos em sete grupos de classificação MCT, que agrupa os solos tropicais em duas grandes classes quanto aos comportamentos lateríticos e nãolateríticos (L e N). Estas classes são subdivididas em grupos, de acordo com seu comportamento e suas granulometrias: a) LG : argilas lateríticas e argilas lateríticas arenosas; b) LA : areias argilosas lateríticas; c) LA: areias com pouca argila laterítica; d) NG : argilas, argilas siltosas e argilas arenosas não lateríticas; e) NS : siltes caolínicos e micáceos, siltes arenosos e siltes argilosos não lateríticos; f) NA : areias siltosas e areias argilosas não- lateríticas; g) NA: areias siltosas com siltes quartzosos e siltes argilosos não-lateríticos. A classificação é gerada através da utilização do gráfico da Figura 2.1, classificação MCT, que é composta de eixos cartesianos em cuja abscissa encontram-se os valores de c e, nas ordenadas, os valores do índice e (coeficiente classificatório, expresso em centésimos) obtido utilizando-se os parâmetros Pi e d citados anteriormente. O índice e foi concebido para indicar o comportamento laterítico ou não laterítico. 15
Figura 2.1 Gráfico da classificação MCT e dados diversos dos grupos de solos integrantes da mesma 16
2.5.5 Considerações Após pesquisas realizadas em todo o Brasil, especificamente nos DERs, foi constatado que em sua maioria é empregado a classificação TRB. Esta classificação é utilizada no presente trabalho, pois vem subsidiar os métodos de dimensionamento de pavimentos flexíveis, adotados pelo DER-MG e praticamente em quase todo meio rodoviário do Brasil, que fazem uso da Classificação TRB. 17
CAPÍTULO 3 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO 3.1 INTRODUÇÃO Para a identificação dos solos a partir das partículas que os constituem, são empregados correntemente dois tipos de ensaio, a análise granulométrica e os índices de consistência. 3.2 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA Na análise granulométrica, os solos são agrupados de acordo com a sua textura, ou seja, com o tamanho de suas partículas, através do ensaio de granulometria. A análise granulométrica consiste na determinação das porcentagens, em peso, das diferentes frações constituintes da fase sólida do solo e, em geral, é realizado em duas fases: peneiramento e sedimentação. 3.2.1 Ensaio de Granulometria por Peneiramento O ensaio de granulometria por peneiramento é realizado para as partículas de solos maiores do que 0,075mm (peneira nº200 da ASTM). Esse ensaio é feito passando uma amostra do solo por uma série de peneiras de malhas quadradas de dimensões padronizadas. Pesam-se as quantidades retiradas em cada peneira e calculam-se as porcentagens que passam em cada peneira. A análise granulométrica tem como limitação a abertura da malha das peneiras, que não pode ser tão pequena quanto a o diâmetro de interesse. Para a realização dos ensaios deste estudo, seguiremos o método do DNIT (2006), DNER ME080/94. 18
A Tabela 3.1 indica as aberturas das malhas das peneiras normais da ASTM, adotadas pelo método do DNIT (2006). Tabela 3.1 - Granulometria Nº ABERTURA (mm) 200 0,075 100 0,15 40 0,42 10 2,09 4 4,8 Fonte: DNIT, 2006 3.2.2 Ensaios de Granulometria por Sedimentação Quando há interesse no conhecimento da distribuição granulométrica da porção mais fina dos solos, emprega-se a técnica da sedimentação, que se baseia na lei de Stokes: a velocidade (ϑ) de queda de partículas esféricas num fluído atinge um valor limite que depende do peso específico do material da esfera (γ s ), do peso específico do fluido (γ w ), da viscosidade do fluido (µ) e do diâmetro da esfera(d) conforme a expressão 3.1 (Pinto, 2006). (Expressão 3.1) ϑ = (γ s- γ w x D 2 )/ 18. µ Para a realização dos ensaios deste estudo, seguiremos o método do DNIT (2006), DNER ME051/94. Com os resultados obtidos nos ensaios de granulometria, traça-se a curva granulométrica em um diagrama semi-logarítmico (Figura 3.1), que tem como 19
abscissa os logaritmos das dimensões das partículas e, como ordenadas as porcentagens, em peso, de material que tem dimensão média menor que a dimensão considerada (porcentagem do material que passa) Figura 3.1 Exemplo de curva de distribuição granulométrica do solo Fonte: PINTO, 2006 Deve-se notar que as mesmas designações usadas para expressar as frações granulométricas de um solo são empregadas para denominar os próprios solos. Um solo é uma argila quando o seu comportamento é o de um solo argiloso, ainda que contenha partículas com diâmetros correspondentes às frações silte e areia. Da mesma forma, uma areia é um solo cujo comportamento é ditado pelos grãos arenosos que ele possui, embora partículas de outras frações possam estar presentes (Pinto, 2006). 3.3 LIMITES DE ATTERBERG Só a distribuição granulométrica não caracteriza bem o comportamento dos solos sob o ponto de vista da engenharia. A fração fina dos solos tem grande importância neste comportamento. Quanto menores as partículas, maior a superfície específica (Pinto, 2006). 20
O comportamento de partículas com superfícies específicas tão distintas perante a água é muito diferenciado. Por outro lado, as partículas de minerais argila diferem acentuadamente pela estrutura mineralógica, bem como pelos cátions adsorvidos, (Pinto, 2006). Todos esses fatores interferem no comportamento do solo. A procura de uma forma prática de identificar a influência das partículas argilosas, a engenharia optou por uma análise indireta, baseada no comportamento do solo na presença de água. Generalizou-se o emprego de ensaios e índices propostos pelo engenheiro químico Atterberg, adaptados e padronizados pelo professor de Mecânica dos Solos Arthur Casagrande (Pinto, 2006). Esses limites permitem avaliar a plasticidade dos solos. Essa propriedade dos solos argilosos consiste na maior ou menor capacidade de serem eles moldados sem variação de volume, sob certas condições de umidade (DNIT, 2006). Quando muito úmido os solos argilosos se comportam como um líquido; quando perde parte de sua água, fica plástico; e quando seco, torna-se quebradiço (Pinto, 2006). 3.3.1 Limite de Liquidez (LL) O Limite de Liquidez (LL) é definido como o teor de umidade do solo com o qual uma ranhura nele feita requer 25 golpes para se fechar. São realizadas várias tentativas com o solo em diferentes umidade, anotando-se o número de golpes para fechar a ranhura, obtendo-se o limite pela interpolação dos resultados. O procedimento de ensaio é padronizado no Brasil pela ABNT (NBR 6459) (Pinto, 2006). Neste trabalho seguiremos o método do DNIT (2006), DNER-ME 122/94. 3.3.2 Limite de Plasticidade (LP) O Limite de Plasticidade (LP) é definido como o menor teor de umidade com o qual se consegue moldar um cilindro com 3 mm de diâmetro, rolando-se o solo com a palma da mão. O procedimento é padronizado no Brasil pelo Método NBR 7180, 21
(Pinto, 2006). Neste trabalho seguiremos o método do DNIT (2006), DNER-ME 082/94. 3.3.3 Índice de Plasticidade A diferença numérica entre o LL e o LP fornece o Índice de Plasticidade (IP) (Expressão 3.2). Esse índice define a zona em que o terreno se acha no estado plástico e, por ser máximo para as argilas e mínimo para as areias, fornece um valioso critério para se avaliar o caráter argiloso de um solo. Quanto maior o IP, tanto mais plástico será o solo. O IP é função da quantidade de argila presente no solo, enquanto o LL e o LP são funções da quantidade e do tipo de argila (DNIT, 2006). (Expressão 3.2) LL LP = IP 3.3.4 Índice de Grupo Para classificação de um solo no sistema TRB é necessário, além dos ensaios de caracterização, a definição do Índice de Grupo. Chama-se Índice de Grupo (IG) a um valor numérico, variando de 0 a 20, que retrata o duplo aspecto de plasticidade e graduação das partículas do solo. O IG é calculado pela Expressão 3.3 (DNIT, 2006). (Expressão 3.3) IG = 0,2a + 0,005ac + 0,01bd sendo: a = porcentagem de material que passa na peneira nº 200, menos 35. Se a porcentagem obtida nesta diferença for maior que 75, adota-se 75; se for menor que 35, adota-se 35. 22