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CONTRIBUIÇÃO À INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA DE VIAS URBANAS NÃO PAVIMENTADAS ATRAVÉS DO EMPREGO DO PENETRÔMETRO DINÂMICO DE CONE
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA À UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM
ENGENHARIA CIVIL
LISEANE PADILHA THIVES DA LUZ FONTES
Florianópolis, Março de 2001.
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
CONTRIBUIÇÃO À INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA DE VIAS URBANAS NÃO PAVIMENTADAS ATRAVÉS DO
EMPREGO DO PENETRÔMETRO DINÂMICO DE CONE
Liseane Padilha Thives da Luz Fontes
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós - Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina como parte dos requisitos necessários para obtenção do título de Mestre em Ciências em Engenharia Civil.
Florianópolis, Março de 2001.
ii
CONTRIBUIÇÃO À INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA DE VIAS
URBANAS NÃO PAVIMENTADAS ATRAVÉS DO EMPREGO
DO PENETRÔMETRO DINÂMICO DE CONE
Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do Título de MESTRE EM ENGENHARIA Especialidade Engenharia Civil (Área de Concentração: Infra-Estrutura e Gerência Viária), e aprovada em sua forma final pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.
Prof. Dr. Glicério Trichês (Orientador)
Prof. Dr. Jucelei Cordini (Coordenador do Curso)
Apresentada à Comissão Examinadora, integrada pelos professores:
Profª. Dra. Glaci Trevisan Santos (UFSC)
Prof. Dr. Antônio Fortunato Marcon (UFSC)
Prof. Dr. Jorge Augusto Pereira Ceratti (UFRGS)
iii
AGRADECIMENTOS
A Deus.
À minha família, pelo apoio e compreensão.
Ao professor Glicério Trichês, pela orientação, paciência, amizade e incentivo.
Aos servidores da Universidade Federal de Santa Catarina, em especial do Curso de
Pós-Graduação em Engenharia Civil (PPGEC), pelo auxílio.
À Prefeitura Municipal de São José, pela liberdade de informação e apoio técnico.
A todos os funcionários da Prefeitura de São José que auxiliaram esta pesquisa, em
especial ao Secretário de Obras Eng. Djalma V. Berger e ao colega Eng. Túlio Márcio
S. Maciel.
Ao Departamento de Estradas de Rodagem (DER/SC), pelo apoio à pesquisa.
A todos os colegas e professores do PPGEC, que ajudaram na caminhada do
mestrado, em especial a Daniel Nolasco de Brito e a Joni Lima Pires.
À empresa Pedrita Planejamento e Construção Ltda, pelo apoio técnico, em especial
aos funcionários Eng. Paulo Roberto Foschi e Neri Manoel da Conceição.
Aos professores Regina Davison Dias, Glaci Trevisan Santos, Antônio Fortunato
Marcon e Marciano Macarini, pelo auxílio, com idéias e dados a esta pesquisa, em
minha vida acadêmica.
A todos os que auxiliaram com dados e informações a esta pesquisa.
iv
S U M Á R I O
1. INTRODUÇÃO................................................................................................. 01 1.1 APRESENTAÇÃO DO TEMA DA PESQUISA................................................... 01 1.2 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA........................................................................ 02 1.3 OBJETIVO GERAL...................................................................................... 08 1.3.1 Objetivos Específicos.................................................................................... 08 1.4 REGIÃO DE DESENVOLVIMENTO DA METODOLOGIA................................ 08 1.5 MAPA DE LOCALIZAÇÃO E SITUAÇÃO......................................................... 10 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA........................................................................ 11 2.1 GEOLOGIA E GEOTECNIA DA ÁREA ESTUDADA......................................... 11 2.1.1 Tipo de Rochas da Região Estudada........................................................... 11 2.1.2 Solos, Horizontes e Classes de Solos......................................................... 12 2.2 CLASSIFICAÇÃO MCT...................................................................................... 17 2.2.1 Grupos de Classificação MCT...................................................................... 17 2.2.3 Classificação MCT Através do Método das Pastilhas................................ 19 2.3 CLASSIFICAÇÃO HRB...................................................................................... 21 2.4 CLASSIFICAÇÃO USC...................................................................................... 23 2.5 MAPEAMENTO GEOTÉCNICO......................................................................... 24 2.5.1 Introdução ao Mapeamento Geotécnico...................................................... 24 2.5.2 Importância do Mapeamento Geotécnico.................................................... 25 2.5.3 Definição de Mapeamento Geotécnico........................................................ 26 2.5.4 Representação gráfica de um Mapa Geotécnico........................................ 26 2.6 METODOLOGIA DAVISON DIAS...................................................................... 26 2.6.1 Estimativa das Unidades Geotécnicas........................................................ 27 2.7 PENETRÔMETRO DINÂMICO DE CONE......................................................... 29 2.7.1 Histórico......................................................................................................... 29 2.7.2 O Equipamento.............................................................................................. 30 2.7.3 A Operação do Ensaio em Campo............................................................... 31 2.7.4 A Operação do Ensaio em Laboratório........................................................ 32 2.7.5 Considerações Sobre a Utilização do Penetrômetro Dinâmico de Cone. 33 2.7.6 Interpretação dos Resultados de Campo................................................... 34
v
2.7.7 Correlações Existentes entre DN e CBR...................................................... 38 2.8 DIMENSIONAMENTO DE RODOVIAS DE BAIXO À MÉDIO VOLUME DE TRÁFEGO................................................................................................................. 41 2.8.1 Método de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis - DNER/1979...... 41 2.8.2 Metodologia da Prefeitura Municipal de São Paulo.................................... 46 2.8.3 Fórmula de Peltier Para o Dimensionamento de Pavimentos com lajotas....................................................................................................................... 53 3. METODOLOGIA.............................................................................................. 54 3.1 DEFINIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO................................................................. 54 3.1.1 Mapa de Localização..................................................................................... 55 3.1.2 Mapa do Bairro............................................................................................... 56 3.2 CONCEPÇÃO DA METODOLOGIA.................................................................. 57 3.3 ENSAIOS DE CAMPO........................................................................................ 58 3.3.1 Ensaio do Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP.................................... 58 3.3.2 Determinação do Índice de Penetração (DN) e Espessura do Revestimento Primário com o Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP............ 59 3.3.3 Definição de CBR e h de Projeto.................................................................. 59 3.3.4 Caracterização das Condições de Compactação do Revestimento Primário.................................................................................................................... 60 3.4 ENSAIOS DE LABORATÓRIO.......................................................................... 60 3.4.1 Ensaios de Caracterização............................................................................ 60 3.4.2 Determinação da Correlação CBR x DN Para o Revestimento Primário.. 61 3.4.3 Determinação da Correlação CBR x DN Para o Solo de Fundação.......... 62 3.5 PROCEDIMENTO PARA CONSIDERAÇÃO DO REVESTIMENTO PRIMÁRIO EXISTENTE NO DIMENSIONAMENTO DA ESTRUTURA.................. 63 3.5.1 Considerações Iniciais.................................................................................. 63 3.5.2 Dimensionamento da Estrutura.................................................................... 64 3.5.2.1 Dados de entrada........................................................................................ 64 3.5.2.2 Cálculo da espessura total do pavimento, Ht.......................................... 65 3.5.2.3 Aproveitamento da espessura do material consolidado no dimensionamento................................................................................................... 65 3.5.2.4 Redimensionamento de Ht’(quando h < Href).......................................... 68 3.5.2.5 Considerações sobre o alargamento da plataforma............................... 69
vi
3.6 MAPEAMENTO GEOTÉCNICO......................................................................... 70
4. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS.................................................. 71
4.1 DESENVOLVIMENTO PRÁTICO DA METODOLOGIA.................................... 71
4.1.1 Ensaios de Laboratório................................................................................. 71
4.1.1.1 Ensaios de Caracterização......................................................................... 71
4.1.1.2 Classificação MCT...................................................................................... 72
4.1.1.3 Compactação e CBR................................................................................... 75
4.1.1.4 Ensaios para determinação das correlações DN x CBR......................... 76
4.1.1.5 Correlações obtidas em laboratório......................................................... 80
4.1.1.6 Comparação com as Correlações Existentes.......................................... 82
4.1.1.7 Gráfico DCP................................................................................................. 82
4.1.2 Ensaios de Campo......................................................................................... 85
4.1.2.1 Penetrômetro Dinâmico de Cone.............................................................. 85
4.1.2.2 Teor de Umidade......................................................................................... 88
4.1.2.3 Grau de Compactação................................................................................ 88
4.1.2.4 Definição do CBR de projeto do revestimento primário......................... 90
4.1.3 Definição da Espessura de Projeto do Revestimento Primário............... 101
4.1.4 Definição do CBR do Solo de Fundação..................................................... 102
4.1.5 Dimensionamento das Estruturas................................................................ 103
4.1.5.1 Trecho da rua Lino Silva, (Grupo 1).......................................................... 104
4.1.5.2 Trecho da rua Paulo Koester, (Grupo 2)................................................. 108
4.1.6 Controle da Regularização da Camada de Revestimento Primário......... 114
4.1.6.1 Critério para aceitação dos trechos recompactados ou substituídos... 115
4.1.7 Sistemática da Metodologia.......................................................................... 117
4.2 MAPEAMENTO GEOTÉCNICO......................................................................... 118
vii
4.2.1 Introdução....................................................................................................... 118
4.2.2 Dados Geológicos.......................................................................................... 118
4.2.3 Dados Pedológicos........................................................................................ 120
4.2.4 Sobreposição dos Mapas Pedológico e Geológico.................................... 120
4.2.5 Reconhecimento de Campo.......................................................................... 121
4.2.6 Análise de Laboratório.................................................................................. 121
4.2.7 Unidade Geotécnica....................................................................................... 122
4.2.8 Mapa Geotécnico........................................................................................... 123
5. CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES...................................................... 124
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................... 126
ANEXOS................................................................................................................ 131
ANEXO A - GRÁFICO MCT, DADOS PEDOLÓGICOS E GEOLÓGICOS............. 132
QUADRO A.1 - GRÁFICO MCT.............................................................................. 133
QUADRO A.2 - SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO PEDOLÓGICO.......................... 134
QUADRO A.3 - SISTEMA DE CLASSIFICAÇÀO GEOLÓGICA SIMPLIFICADA.. 135
QUADRO A.4 - JAZIDA DE SOLOS DA REGIÃO.................................................. 136
QUADRO A.5 - MAPA GEOLÓGICO...................................................................... 137
QUADRO A.6 - MAPA PEDOLÓGICO.................................................................... 138
ANEXO B - RESULTADOS DOS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO.................. 139
ANEXO B.1 - RESULTADOS DA ANÁLISE GRANULOMÉTRICA........................ 140
ANEXO B.2 - LIMITES DE ATTERBERG................................................................ 141
ANEXO B.3 - CLASSIFICAÇÃO MCT..................................................................... 144
ANEXO B.4 -GRÁFICO DE PLASTICIDADE E CLASSIFICAÇÃO MCT............... 147
ANEXO C - RESULTADO DOS ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO E CBR.............. 148
ANEXO D - RESULTADOS DOS ENSAIOS DCP EM CAMPO.............................. 153
viii
ANEXO E - ANÁLISE ESTATÍSTICA...................................................................... 174 ANEXO E.1 - DETERMINAÇÃO DO CBR DE PROJETO DO SOLO DE FUNDAÇÃO.............................................................................................................. 175 ANEXO E.2 - DETERMINAÇÃO DO CBR DE PROJETO DO REVESTIMENTO PRIMÁRIO - CBRrev................................................................................................ 176
ANEXO E.3 - ESPESSURAS DO REVESTIMENTO PRIMÁRIO............................ 178
ix
LISTA DE QUADROS
1 - Sistema de Classificação HRB............................................................................ 22
2 - Sistema de Classificação do USC....................................................................... 24
3 - Faixas granulométricas de materiais para base granular (Método de
Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis - DNER/1979)..................................... 42
4 - Coeficientes de equivalência estrutural (Método de Dimensionamento de
Pavimentos Flexíveis DNER/1979).......................................................................... 43
5 - Espessuras mínimas do revestimento betuminoso (Método de
Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis DNER/1979)........................................ 44
6 - Coeficientes de equivalência estrutural da Metodologia da PMSP..................... 51
7 - Resultados dos ensaios de caracterização......................................................... 72
8 - Resultados da Classificação MCT....................................................................... 74
9 - Resultados dos ensaios de laboratório para todas as amostras......................... 75
10 - Resultados dos ensaios de Compactação para as amostras 1 e 2................... 77
11 - Resultados dos ensaios de CBR para as amostras 1 e 2................................. 77
12 - Resultados dos ensaios de laboratório da amostra 1 em corpos de prova
sem imersão.............................................................................................................. 78
13 - Resultados dos ensaios de laboratório da amostra 1 em corpos de prova
com imersão............................................................................................................. 79
14 - Resultados dos ensaios de laboratório da amostra 2 em corpos de prova
sem imersão.............................................................................................................. 79
15 - Resultados dos ensaios de laboratório da amostra 2 em corpos de prova
com imersão.............................................................................................................. 79
16 - Teores médios de umidade de campo, por rua................................................. 88
17 - Teores médios de umidade de campo, por Grupo............................................ 88
18 - Grau de Compactação de campo..................................................................... 89
19 - Valores de CBR de projeto do revestimento primário........................................ 98
20 - Espessuras de projeto do revestimento primário............................................... 102
21 - CBR de projeto do solo de fundação................................................................. 102
22 - Níveis de tráfego para os tipos de ruas............................................................. 103
23 - Convenções adotadas no dimensionamento..................................................... 111
x
24 - Estruturas do pavimento para as ruas do bairro................................................ 112
25 - Dimensionamento a partir de Ht’, com h igual a 10,0 centímetros.................... 113
26 - Resultados da Classificação MCT para a jazida de solos da região................. 121
xi
LISTA DE FIGURAS
1 - Rua urbana típica da região com o leito central consolidado pelo tráfego, o
que não ocorre nos bordos pela ausência do tráfego.............................................. 04
2 - Procedimento adotado para alargamento da via urbana, com emprego de uma
retroescavadeira....................................................................................................... 05
3 - Procedimento adotado para alargamento da via urbana, com emprego de uma
motoniveladora.......................................................................................................... 05
4 - Procedimento adotado para compactação da via alargada................................. 06
5 - Via urbana, após a regularização e compactação do subleito, pronta para
receber a camada de sub-base................................................................................ 06
6 - Via urbana, após a compactação da camada de sub-base................................. 07
7 - Defeito observado em uma via urbana após 6 meses de abertura ao
tráfego...................................................................................................................... 07
8 - Mapa de localização e situação do Município de São José................................ 10
9 - Penetrômetro Dinâmico de Cone......................................................................... 30
10 - Operação do ensaio DCP em campo................................................................ 32
11 - Curva DCP (profundidade x nº de golpes acumulados).................................... 35
12 - Diagrama Estrutural........................................................................................... 36
13 - Curva de Balanço Estrutural.............................................................................. 37
14 - Correlações existentes entre DN e CBR........................................................... 40
15 - Espessura total do pavimento em termos de material granular......................... 45
16 - Simbologia utilizada no Método de Dimensionamento de Pavimentos
Flexíveis - DNER/1979............................................................................................. 45
17 - Espessura total do pavimento, segundo a metodologia da PMSP.................... 49
18 - Esquema elucidativo da metodologia da PMSP................................................ 50
19 - Mapa de localização da região estudada, Sertão do Imaruim........................... 55
20 - Mapa do Bairro Sertão do Imaruim.................................................................... 56
21 - Posição transversal das medidas DCP na via................................................... 58
22 - Curva de correlação DN x CBR......................................................................... 62
23 - Ht’ - espessura total do pavimento necessária para proteger o revestimento 66
xii
primário com CBRrev................................................................................................
24 - Condição de campo, onde o revestimento primário tem uma espessura h....... 67
25 - Estrutura dimensionada quando a espessura do revestimento primário
existente é inferior a Href.......................................................................................... 69
26 - Moldagem das pastilhas para Classificação MCT............................................. 73
27 – Processo de reabsorção de água, durante o ensaio das pastilhas.................. 73
28 - Ensaio de penetração com o DCP em laboratório............................................. 78
29 - Correlação DN s/imersão x CBR c/imersão, obtida para o Grupo 1.................. 80
30 - Correlação DN s/imersão x CBR c/imersão, obtida para o Grupo 2.................. 81
31- Correlação DN s/imersão x CBR c/imersão, obtida para os dois Grupos.......... 81
32 - Comparação da correlação obtida, com as correlações existentes entre DN e
CBR........................................................................................................................... 82
33 - Gráfico DCP para o Grupo 1 ............................................................................. 83
34 - Gráfico DCP para o Grupo 2.............................................................................. 84
35 - Procedimento do ensaio DCP em campo, em uma estaca (rua Lino Silva,
estaca 10, Grupo 2).................................................................................................. 86
36 - Obtenção do DN e espessura do revestimento primário e, DN do solo de
fundação................................................................................................................... 87
37 - Determinação da MEAS através do Método do Frasco de Areia...................... 89
38 - DN de campo x Teor de Umidade de campo..................................................... 91
39 – Intervalos Limites de umidade para os dois Grupos......................................... 92
40 - Verificação do critério do teor de umidade para DN’s aceitáveis de campo,
através das curvas de Compactação e CBR, para o Grupo 1.................................. 93
41 - Verificação do critério do teor de umidade para DN’s aceitáveis de campo,
através das curvas de Compactação e CBR, para o Grupo 2.................................. 94
42 - Limites de DN para diminuição de até 40% do valor do CBR para o Grupo 1.. 95
43 - Limites de DN para diminuição de até 40% do valor do CBR para o Grupo 2.. 96
44 - Limites de DN’s através da critério da curva DN x h de laboratório................. 96
45 - Intervalo de DN’s aceitáveis de campo.............................................................. 97
46 - Resultado do Ensaio DCP em campo, em uma estaca..................................... 99
47 - DN de referência para CBR de projeto igual a 16%.......................................... 100
48 - Legenda padrão para as estruturas dimensionadas.......................................... 104
49 - Espessura total de pavimento necessária para proteger o revestimento 105
xiii
primário com CBRrev igual a 8%..............................................................................
50 - Estrutura a ser dimensionada, com CBRest igual a 7,4%................................. 107
51 - Estrutura de pavimento dimensionada para a rua Lino Silva (Grupo1)............. 107
52 - Espessura total de pavimento necessária para proteger o revestimento
primário com CBRrev igual a 16,0%......................................................................... 109
53 - Estrutura a ser dimensionada, com CBRest igual a 7,7%................................. 110
54 - Estrutura dimensionada para a rua Paulo Koester (Grupo 2)............................ 111
55 - Curvas DCP típicas em ensaios de campo....................................................... 114
56 - Controle da regularização da camada final do revestimento primário, na rua
José Matias Zimermann, nas futuras trilhas de
roda.................................................. 116
xiv
RESUMO
Este trabalho de pesquisa visa a proposição de uma nova metodologia para a
investigação geotécnica de vias urbanas não pavimentadas contemplando o
aproveitamento do material do corpo estradal já consolidado. A metodologia aplica-se
em estudos com vistas à pavimentação dessas vias urbanas e tem como fundamento
principal a utilização do Penetrômetro Dinâmico de Cone – DCP para a definição da
espessura e da capacidade de suporte do revestimento primário “in situ”, tanto na
seção transversal como no sentido longitudinal da via. A partir dessas definições a
metodologia considera a presença da camada consolidada no dimensionamento da
estrutura do pavimento da via. Apresenta-se os conceitos básicos que serviram de
embasamento técnico e científico dessa metodologia e uma aplicação prática em ruas
urbanas que serão pavimentadas no município de São José, Santa Catarina. Nesse
estudo prático procura-se avaliar as potencialidades do DCP como um instrumento
tecnológico que oferece meios, de satisfatória precisão, no dimensionamento de
pavimentos flexíveis de vias de baixo e médio volume de tráfego, e capaz de minimizar
os custos de avaliação da capacidade de suporte. Conclui-se que a simplicidade e
facilidade de uso da metodologia proposta, aliadas ao baixo custo dos equipamentos
necessários, certamente garantirão sua utilização em larga escala, propiciando desta
forma, um grande salto de qualidade na pavimentação urbana de nosso país.
xv
ABSTRACT This research work proposes a new methodology for geotechnical investigation of no
paved urban roads taking into account the consolidated road material already in place.
The methodology is applied to study plans which aim paving these urban roads, and
has its main foundation on the Dynamic Cone Penetrometer - DCP for defining the
thickness and the support capacity of the covering primary “in situ”, for the transverse
and longitudinal sections of the road. From these definitions, the methodology considers
the presence of the consolidated layer for defining the structure of the road pavement.
The basic concepts that were used as the technical and scientific foundation of the
methodology are presented as well as a practical application in urban roads that will be
paved in São José, Santa Catarina State. This practical study evaluated the
potencialities of the DCP as a technological instrument which offers means with
satisfactory precision for designing flexible pavements of roads of low to medium
volume traffic, and capable of minimizing the costs of evaluation of the support capacity.
It is concluded that the simplicity and facility of the use of the proposed methodology,
allied to the low cost of the necessary equipments, certainly will guarantee its use in
large scale and consequently providing a great increase in the quality of the urban
paving in our country.
1
1. INTRODUÇÃO
1.1 APRESENTAÇÃO DO TEMA DA PESQUISA
A pavimentação e manutenção das vias urbanas contribui significativamente para a
melhoria da qualidade de vida das pessoas e representa para as Prefeituras pesados
investimentos, alcançando algo em torno de 2% a 6% do orçamento do município.
Geralmente, a pavimentação de vias é associada a uma boa administração do
executivo.
Entretanto, tem-se freqüentemente observado que em pouquíssimo tempo após a
conclusão das obras, a estrutura apresenta defeitos estruturais tais como
afundamentos plásticos e trincamento do revestimento. Isto porque, e a prática tem
mostrado isto, na grande maioria dos municípios de pequeno e médio porte, quer por
desconhecimento ou falsa economia, via de regra as obras rodoviárias urbanas são
construídas sem qualquer estudo geotécnico do solo de fundação, projeto de
pavimentação e, na grande maioria, executadas sem qualquer controle tecnológico.
Geralmente, o projeto geométrico da via a ser pavimentada acompanha a topografia
natural, utilizando-se um greide envolvente, evitando-se ao máximo cortes profundos,
aterros muito altos e, principalmente, o desmonte de rochas. Isto, do ponto de vista
geotécnico, é benéfico pois se evita remover, ou mexer, a camada de revestimento
primário que, via de regra contém material de qualidade o qual, por anos e anos,
sofreu consolidação devido à atuação do tráfego. Entretanto, em que pese tal
constatação, nem sempre a presença desta camada consolidada é levada em conta
no dimensionamento da estrutura do pavimento a ser executado.
Por outro lado, face a sua pouca largura, normalmente uma via não pavimentada
precisa ser alargada para comportar um gabarito mínimo e o acréscimo do volume de
tráfego gerado. No geral, este alargamento ultrapassa as trilhas de roda externas, as
quais definem visualmente até onde a camada do revestimento primário está
efetivamente consolidada.
2
Normalmente, o aterro para o alargamento da via é executado sobre solos impróprios e
sem controle tecnológico. E é justamente nesta região, onde irá trafegar o rodado
externo dos veículos pesados, que predominantemente surgem os problemas na
estrutura do pavimento.
Observa-se, então, um paradoxo na sistemática da pavimentação das vias urbanas
qual seja, na fase de projeto, o dimensionamento (quando se tem o projeto) da
estrutura não tira proveito da presença da camada consolidada e na fase de execução,
assume-se que a camada consolidada ocorre em toda largura da plataforma da via.
Diante disto, a metodologia proposta neste trabalho visa, pois, definir uma sistemática
que possibilite identificar a capacidade de suporte e a espessura da camada do
material de revestimento primário, tanto transversalmente como longitudinalmente e,
que poderá ser considerada no dimensionamento da estrutura do pavimento, bem
como a capacidade de suporte do solo de fundação da via não pavimentada.
A metodologia proposta abrange os seguintes tópicos principais:
- o mapeamento geotécnico com vistas à implantação e ampliação do sistema viário de
uma área do município de São José;
- o procedimento para a definição da capacidade de carga da via não pavimentada com
o uso do Penetrômetro Dinâmico de Cone; e
- o dimensionamento da estrutura do pavimento.
1.2 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA Muitas das pesquisas que envolvem a avaliação da capacidade de suporte do subleito
são direcionadas às vias de grande fluxo de tráfego com vasta aplicação prática em
projetos, sendo os aspectos referentes à aplicação em vias de baixo volume de tráfego,
em grande parte dos casos, são poucos considerados em projetos. A justificativa para
3
este tipo de procedimento é o alto custo dos ensaios necessários para a realização de
projetos nestas vias de baixo volume de tráfego.
Ponce et. aI. (1991), observam que os pavimentos de vias secundárias geralmente não
são considerados suficientemente importantes para justificar o número e os custos de
ensaios para obter a capacidade de suporte efetiva do subleito necessária para o
projeto e dimensionamento da estrutura. Segundo o autor, o ensaio do Penetrômetro
Dinâmico de Cone é capaz de medir a capacidade de suporte do solo de fundação "in-
situ" com um baixo custo e fácil operação.
Oliveira e Vertamatti (1997), consideram que a heterogeneidade de um pavimento pode
ser maior do que se imagina, levando a dispersões em retro-análises e previsões de
vida útil. Neste caso, o Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP torna-se ferramenta
poderosa para melhor discretizar o meio, pois revela a estrutura real e não a média,
sendo versátil até para o controle da compactação. O seu uso para previsão de vida
útil, através do levantamento "in-situ" da estrutura real produzida para cada processo
típico das Prefeituras, revela-se promissor, aliado ao fato de ser operacionalmente
versátil.
A grande maioria das obras rodoviárias executadas vias de baixo volume de tráfego
são realizadas pelas Prefeituras Municipais, e estas normalmente, principalmente as de
médio e pequeno porte, não possuem meios para dimensionar adequadamente seus
pavimentos. Esta pesquisa é dedicada especialmente aos engenheiros e projetistas
das Prefeituras Municipais, buscando em princípio a melhoria da qualidade e redução
de custos da pavimentação urbana. Um país carente como o nosso necessita de
pesquisas que, além de evitar dispêndios financeiros sem contudo reduzir a qualidade,
possam ser dirigidas diretamente aos profissionais da área e fornecer meios de
operação simples para sua aplicação prática.
Concomitantemente, o desenvolvimento da Metodologia de Classificação de Unidades
e Perfis Geotécnicos em regiões urbanas, locais com maior número de vias de baixo
volume de tráfego, facilita a comparação de resultados obtidos a partir de ensaios de
laboratório e comportamento mecânico dos solos dentro de uma mesma unidade
4
geotécnica, assegurando que para novos projetos, o número de ensaios a ser realizado
seja bastante reduzido, segundo Davison Dias (1995).
Pode-se observar conforme apresentado nas Figuras de 1 a 7, a condição de uma via
típica da região, o procedimento atualmente adotado de terraplenagem para a
pavimentação de uma via urbana e, o resultado final via de regra observado com a
adoção deste procedimento.
Figura 1 - Rua urbana típica da região com o leito central consolidado pelo tráfego, o
que não ocorre nos bordos pela ausência do tráfego.
5
Figura 2 - Procedimento adotado para alargamento da via urbana,
com emprego de uma retroescavadeira.
Figura 3 - Procedimento adotado para alargamento da via urbana,
com emprego de uma motoniveladora.
6
Figura 4 - Procedimento adotado para compactação da via alargada.
Figura 5 - Via urbana, após a regularização e compactação do subleito, pronta
para receber a camada de sub-base.
7
Figura 6 - Via urbana, após a compactação da camada de sub-base.
Figura 7 - Defeito observado em uma via urbana após 6 meses de abertura
ao tráfego.
8
1.3 OBJETIVO GERAL
o trabalho desenvolvido nesta dissertação objetiva pois, a aplicação da
tecnologia de dimensionamento de pavimentos flexíveis em vias urbanas de
baixo volume de tráfego contemplando o aproveitamento da camada
consolidada do revestimento primário existente. Para tanto, faz-se o uso do
Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP, para a caracterização da capacidade
de suporte da camada do revestimento primário existente e a sua espessura.
Espera-se que a metodologia desenvolvida nesta pesquisa contribua para a
mudança deste tipo de procedimento, ilustrado nas Figuras de 1 a 7.
1.3.1 Objetivos Específicos
Espera-se que a metodologia proposta possa ainda alcançar os seguintes
objetivos específicos:
- aplicar a metodologia DCP e desenvolver uma correlação para a capacidade
de suporte das vias na unidade geotécnica estudada objetivando o
dimensionamento do pavimento das vias da área com o aproveitamento,
quando possível, da espessura do revestimento primário "in situ"; e
- desenvolvimento de um procedimento para o controle tecnológico da
execução da camada final de terraplenagem das vias não pavimentadas
através do emprego do DCP.
1.4 REGIÃO DE DESENVOLVIMENTO DA METODOLOGIA
A região em que se desenvolve a metodologia localiza-se no município de São
José, Santa Catarina, sendo denominada Sertão do Imaruim. A cidade de São
José, que faz parte do conglomerado urbano da Grande Florianópolis situa-se
na região centro-leste do Estado de Santa Catarina e é cortado, no sentido
norte-sul, pela rodovia BR-101, e no sentido leste-oeste, pela rodovia SC-407.
9O clima da região é classificado como mesotérmico, com precipitação
distribuída por todo ano e bons índices de excedentes hídricos. O período mais
chuvoso é entre os meses de janeiro a março e a precipitação média anual
varia entre 1400 e 1600 milímetros.
Na área de estudo, há a predominância de rochas graníticas e gnáissicas e,
solos tipo Podzólicos e Cambissolos.
Os dados necessários para o estabelecimento da metodologia foram obtidos a
partir do acompanhamento da pavimentação de diversas ruas urbanas do
município e da realização de ensaios, tanto de campo como de laboratório.
A escolha do município de São José, como campo de pesquisa, deveu-se aos
seguintes aspectos:
- haver receptividade da Prefeitura em colaborar com o trabalho acadêmico a
ser realizado;
- estar ampliando a pavimentação de sua malha viária significativamente, o que
propiciaria o desenvolvimento da pesquisa a partir da verificação empírica com
a investigação geotécnica das vias;
- haver interesse da Prefeitura Municipal de São José em estruturar seu Setor
de Planejamento e Projetos Viários com o uso de tecnologia simples e de baixo
custo.
A Figura 8 apresenta o Mapa de localização e situação do Município de São
José em Santa Catarina.
10
1.5 MAPA DE LOCALIZAÇÃO E SITUAÇÃO
Figura 8 - Mapa de localização e situação do Município de São José.
11
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 GEOLOGIA E GEOTECNIA DA ÁREA ESTUDADA
2.1.1 Tipo de Rochas da Região Estudada
O conceito de rocha, segundo o American Geological Institute (1973), corresponde a
“qualquer material; consolidado ou inconsolidado (mas não solo); naturalmente
formado, composto de dois ou mais minerais, ocasionalmente de um mineral e que
apresente certo grau de constância química e mineralógica”.
A seguir descreve-se os principais tipos de rocha encontrados na região estudada.
- Gnaisses: Saraiva (1993) descreve que os gnaisses são rochas metamórficas,
foliadas, de granulação grosseira, que apresentam segregação mineral (bandeamento).
Os gnaisses típicos apresentam bandas félsicas (listras claras) compostas
predominantemente por quartzo e feldspato alternadas com bandas máficas (listras
escuras) essencialmente micáceas e anfibólicas.
- Granito: Saraiva (1993) descreve o granito como uma rocha ígnea plutônica, ácida,
composta por feldspatos alcalinos, quartzo, plagioclásio e micas. O granito apresenta
diversas cores como cinza claro, amarelo e rosa, sendo que a variação da cor provém
da cor do feldspato. Esta rocha apresenta minerais bem formados pelo resfriamento
lento e, uma granulometria que varia de média à grosseira.
- Diorito: Saraiva (1993) descreve o diorito como uma rocha ígnea plutônica;
intermediária; composta por plagioclásios, feldspatos alcalinos, quartzo e minerais
máficos. O diorito apresenta coloração cinza escuro.
12
2.1.2 Solos, Horizontes e Classes de Solos
Solo, segundo o American Geological Institute (1973), corresponde a “todo material
terroso inconsolidado, que ocorre sobre as rochas”.
Segundo Souza (1980), solo é um material poroso e não homogêneo, cujo
comportamento é grandemente afetado pelo seu teor de umidade e pela sua
compacidade, podendo ocorrer sob as formas de turfas, argilas moles, materiais silto-
argilosos, pedregulhos, areias e suas diversas combinações.
O processo de identificação dos solos inicia-se no campo através do exame do perfil,
como observam Oliveira et. al. (1992), pelo qual os horizontes são identificados,
delimitados e nomeados. A denominação dos horizontes é feita por símbolos
representados por letras e números. Segundo as normas publicadas pelo SNLCS1
(1974) da EMBRAPA2; órgão vinculado ao Ministério da Agricultura; os horizontes e
camadas principais são simbolizados por letras maiúsculas; A, E, B, C e R. Na
descrição dos perfis, adiciona-se a essas letras, outras, minúsculas para notação das
diferentes modalidades dos horizontes que são denominados subscritos e números
arábicos que completam a designação dada pelas letras maiúsculas aos horizontes
principais e servem para indicar descontinuidades do material originário a que são
referidos os horizontes do perfil do solo.
A seguir descreve-se os horizontes principais.
- A - é o horizonte mineral superficial, de mais intensa ação da flora e fauna macro e
micro. Aqui, são inconstantes os fatores temperatura e umidade. Sua espessura é
variada e sua cor é mais escura que os horizontes subjacentes.
1 SNLCS – Serviço Nacional de Levantamentos e Conservação de Solos. 2 EMBRAPA – Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária.
13
- E - é o horizonte mineral resultante da perda de minerais de argila, compostos de
ferro, de alumínio ou matéria orgânica. Situa-se abaixo do horizonte A, do qual se
diferencia pela cor mais clara.
- B - é o horizonte mineral, subsuperficial, situado sob os horizontes E ou A, e tem
origem nas intensas transformações do material de origem. Pode ter naturezas
diversas e, em solos mais evoluídos as transformações pedogenéticas são acentuadas.
Estas transformações podem se dar por alteração e deposição do material de origem,
neoformação de argilas silicatadas e produção de óxidos. As cores são brunadas,
amareladas ou avermelhadas. Sua estrutura pode ser em blocos, prismática, colunar
ou granular. Possui as propriedades pedogenéticas mais estáveis e é reconhecido
como o horizonte diagnóstico para distinção das classes de solos da classificação
utilizada no Brasil.
- C - é o horizonte ou camada de mineral pouca afetado pelos processos
pedogenéticos, ou seja, preserva as características do material de origem. Oliveira et.
al. (1982), entendem como horizonte C a capa de produtos detríticos de alteração
inicial das rochas de origem (saprolítico) e rochas semi-consolidadas que, quando
molhadas, podem ser cortadas com uma pá direita.
- R - é a camada mineral de material consolidado que em muitos solos, constitui o
substrato rochoso. Possui natureza variável como composição mineralógica, textura,
jazimento, mergulho, estratificação, entre outros e, é função da espécie de rochas que
formam o substrato local.
Os subscritos relacionados de maior interesse para o trabalho são descritos, segundo
Oliveira et. al. (1992).
- i - o símbolo indica incipiente desenvolvimento e é utilizado como sufixo do horizonte
B, para identificar o horizonte imaturo.
14
- g - o símbolo indica gleização intensa, ou seja, usado em horizontes ou camadas que,
devido a prolongados períodos de encharcamento, apresentam cores acinzentadas,
azuladas, esverdeadas compondo ou não mosqueamento. Aplicado aos horizontes B e
C.
- m - o símbolo é empregado para designar cimentação pedogenética irreversível,
contínua ou quase contínua em seções cimentadas.
- t - o símbolo indica acumulação de materiais de argila e é exclusivo do horizonte B.
Atributos Principais são características que servem para distinguir as classes dos
solos e estabelecer grupamentos. Identificados nos horizontes, têm importância por se
referirem à natureza do solo e influência em seu comportamento. A seguir estão
relacionados alguns deles, de maior interesse ao desenvolvimento do trabalho, de
acordo com Oliveira et. al. (1992).
- Argila de atividade alta (Ta) e baixa (Tb) - refere-se à capacidade de troca de cátions
(CTC, i. e, valor T) da fração argila, determinada a pH3 igual a 7,0 e descontada a
contribuição da matéria orgânica. É pertinente ao horizonte diagnóstico B, ou ao C na
ausência daquele. A argila tem atividade alta (Ta) quando a CTC é igual ou superior a
24 meq/100g argila (vinte e quatro miliequivalentes por cem gramas de argila) e, Tb
quando é inferior a este valor.
- Distrofia e Eutrofia - referem-se à proporção de cátions básicos trocáveis em relação
à CTC, traduzindo as propriedades do solo quanto à saturação por bases. A saturação
por bases é considerada alta quando seu valor é igual ou superior a 50% e são os
solos eutróficos e, baixa quando inferior a este índice sendo então os solos distróficos.
3 pH – Potencial hidrogeniônico.
15
- Contato lítico e litóide - o contato lítico é caracterizado pela passagem do solo a
material subjacente coerente e rígido, resistente a ponto de não ser possível a
escavação com uma pá. No contato litóide há menor solidez e a camada subjacente
pode ser escavada com uma pá direita.
- Minerais facilmente intemperizáveis - esta característica diz respeito à presença de
minerais primários pouco ou medianamente resistentes à decomposição, como
olivinas, feldspatos, hornblendas e piroxênios, mais instáveis em relação a outros
como, por exemplo, o quartzo.
- Propriedades vérticas - são decorrentes de manifestação de variações de volume do
material componente, em razão da sua constituição coloidal (efeito de minerais de
argila expansíveis), variações estas acionadas por molhagem e secagem dos
horizontes dos solos fazendo o material expandir-se e contrair-se. São consideradas
propriedades vérticas as seguintes: superfície de fricção, microrrelevo gilgai e
fendilhamento.
Dentre os horizontes diagnosticados na área em estudo tem-se:
- A moderado - são de constituição mineral e um desenvolvimento pouco expressivo.
Pode ter cor clara e/ou pouco carbono orgânico ou escuro e rico em matéria orgânica.
É o mais comum nos solos brasileiros.
- B textural - horizonte mineral caracterizado por significativo aumento da fração argila
em relação ao horizonte A. É indicativa a presença de películas de material coloidal na
superfície das unidades estruturais e também quando há textura argilosa a estrutura é
em blocos ou em prismas de blocos. É diagnóstico dos Podzólicos.
- B incipiente - horizonte mineral, cujo material sofreu intemperismo pouco intenso, mas
suficiente para causar decomposição parcial com o conseqüente desenvolvimento de
cor, produção de argila e desenvolvimento de estrutura. Sua diferenciação nos perfis é
variável, podendo exibir feições diversas. É o horizonte diagnóstico dos Cambissolos.
16
Todos os solos brasileiros conhecidos estão agrupados em trinta e seis classes gerais.
Descrevem-se as classes de solos abordadas neste trabalho, segundo Oliveira et. al.
(1992).
- Podzólico Vermelho-Amarelo - são solos minerais não-hidromórficos, com horizonte A
seguido de B textural , argila de atividade alta ou baixa, cores vermelhas a amarelas.
A seqüência de horizonte é A- Bt- C. Geralmente apresentam um gradiente textural
acentuado e quando pouco espesso, o horizonte B apresenta a estrutura em blocos ou
prismática. Possuem as mais variadas profundidades e texturas. O horizonte C
diferencia-se do B pela textura menos argilosa, cor menos viva e menor
desenvolvimento de estrutura. É comum apresentar-se mais friável e com vestígios de
material rochoso em processo de alteração. Podem constituir solos intermediários com
os Latossolos e Cambissolos, então chamados de Podzólicos Vermelho-Amarelo,
Latossolos e Podzólicos Vermelho-Amarelo Câmbicos. Podem ser eutróficos ou
distróficos e álicos. Dos Cambissolos, diferencia-se pela presença de horizonte B textural. Habitualmente ocorrem em terrenos de relevos mais dissecados.
- Cambissolos - são solos minerais não-hidromórficos, com drenagem variando de
acentuada até imperfeita, horizonte A seguido de B incipiente (Bi), de textura franco
arenosa ou mais fina. São solos desde rasos a profundos e têm seqüência de horizonte
A-Bi-C. O Bi pode ter diversas cores, mas em geral são tonalidades brunadas e
amareladas. Os teores de silte são elevados. Apresentam estrutura em blocos ou
maciça. Quando derivados de rochas como gnaisses, granitos, migmatitos, xistos e
filitos, é usual a presença de relevantes teores de fragmentos de rochas e/ou de
minerais primários facilmente intemperizáveis. Quando derivados de rochas básicas e
ultrabásicas que se decompõe rapidamente, pode não restar minerais primários, mas
no Bi há características indicando pouca evolução como a presença de fragmentos de
rochas na massa do solo. Como os Cambissolos derivam de diversos materiais de
origem e em climas diferenciados, eles podem ser álicos, distróficos, eutróficos, rasos
ou profundos, argila de atividade alta ou baixa. São intermediários com as diversas
classes, desde os Litólicos até os Latossolos. Ocorrem em diversos tipos de relevo.
17
2.2 CLASSIFICAÇÃO MCT
Nogami e Villibor (1995) afirmam que a identificação geotécnica apresenta sérias
dificuldades nas regiões tropicais, em virtude de os procedimentos mais utilizados não
levarem em devida conta as peculiaridades dos solos tropicais. A metodologia MCT
(utiliza corpos de prova MINIATURA, COMPACTADOS, mediante procedimento
especial, e destinados especialmente para solos TROPICAIS), desenvolvida por
Nogami e Villibor (1995), surgiu como uma necessidade diante das limitações dos
procedimentos tradicionais de caracterização e classificação de solos.
A classificação geotécnica MCT agrupa solos tropicais de acordo com o seu
comportamento no estado compactado em duas classes principais que são os solos de
comportamento laterítico, designados pela letra maiúscula “L” e os solos de
comportamento não laterítico, designados pela letra maiúscula “N”. Os solos de
comportamento laterítico são ainda divididos em três grupos: as areias lateríticas (LA),
os solos arenosos lateríticos (LA’) e os solos argilosos lateríticos (LG’). Os solos de
comportamento não laterítico são divididos em quatro grupos: as areias não lateríticas
(NA), os solos arenosos não lateríticos (NA’), os solos siltosos não lateríticos (NS’) e
solos argilosos não lateríticos (NG’).
2.2.1 Grupos de Classificação MCT
- GRUPO NA - os solos desse grupo são areias, siltes e misturas de areias e siltes, nos
quais os grãos são constituídos essencialmente de quartzo e/ou mica. Praticamente
não possuem argilosos coesivos e siltes caoliníticos. Os tipos genéticos representativos
são saprolíticos, associados a rochas sedimentares ou metamórficas. As areias e siltes
quartzosos são não expansivos e, as variedades micáceas podem ser altamente
expansivas. Quando compactados, possuem capacidade de suporte de pequena a
média e, geralmente são muito erodíveis.
18
- GRUPO NA’ - granulometricamente, os solos desse grupo são misturas de areias
quartzosas com finos passando na peneira4 com abertura de 0,075 mm, de
comportamento não laterítico. Geneticamente, os tipos mais representativos são solos
saprolíticos originados de rochas ricas em quartzo tais como granitos, gnaisses,
arenitos e quartzitos impuros. Quando a areia for bem graduada e a porcentagem de
finos obedecerem às condições estipuladas tradicionalmente, estes solos podem ser
usados como bases de pavimentos. É recomendado avaliar a capacidade de suporte e
as características expansivas, pois muitas de suas variedades podem ser expansivas e
resilientes.
- GRUPO NS’ - compreende os solos saprolíticos silto-arenosos, resultantes do
intemperismo tropical nas rochas eruptivas e metamórficas, de constituição
predominantemente feldspática-micácea-quartzosa. Estes solos caracterizam-se
principalmente por terem, quando compactados na umidade ótima e massa específica
aparente máxima da energia normal, baixa capacidade quando imersos em água: baixo
módulo de resiliência; elevada erodibilidade e elevada expansibilidade. Em condições
naturais, apresentam baixa massa específica aparente seca.
- GRUPO NG’ - os solos deste grupo compreendem os saprolíticos argilosos que
derivem de rochas sedimentares argilosas, pobres em quartzo e ricas em anfibólios,
piroxênios e feldspatos cálcicos. Quando compactados nas condições de umidade
ótima e massa específica aparente máxima da energia normal, apresentam
características das argilas tradicionais muito plásticas e expansivas.
4 Peneira – corresponde à especificação de peneiras de malha quadrada para a análise granulométrica de solos, segundo a ABNT –Associação Brasileira de Normas Técnicas, EB – 22 R.
19
- GRUPO LA - inclui-se neste grupo areias com poucos finos de comportamento
laterítico. A percentagem de finos lateríticos dos solos deste grupo é baixa, assim que
mesmo quando compactados, podem ser relativamente permeáveis e pouco coesivos e
pouco contráteis quando secos, apesar de possuírem elevada capacidade de suporte e
módulos de resiliência relativamente elevados.
- GRUPO LA’ - os solos deste grupo são tipicamente arenosos. Quando devidamente
compactados, adquire elevada capacidade de suporte, elevado módulo de resiliência,
baixa permeabilidade e pequena expansibilidade. Estas propriedades possibilitam o
seu uso em bases e sub-bases de pavimentos. Em condições naturais, possui baixa
massa específica aparente seca e baixa capacidade de suporte.
- GRUPO LG’ - os integrantes deste grupo são as argilas e as argilas arenosas.
Quando possuem porcentagem relativamente elevada de grãos de areia podem
apresentar propriedades similares às do solo do grupo LA’, possuindo, entretanto,
menores módulos de resiliência, maior plasticidade, menor massa específica aparente
seca e maior umidade ótima para a mesma energia de compactação.
2.2.3 Classificação MCT Através do Método Expedito das Pastilhas
A primeira tentativa feita para uma identificação expedita da classificação MCT foi
proposta por Nogami e Cozzolino (1985) e aplicada por Fortes (1990) que apresentou
um novo procedimento que permite classificar os solos identificados segundo grupos
da Classificação MCT, porém ainda limitado a solos de granulação fina. Posteriormente
Nogami e Villibor (1991) verificaram que a obtenção expedita da classe MCT pode ser
feita com maior simplicidade, obtendo-se empiricamente os valores dos parâmetros e
índice de classificação MCT pela consideração da contração, consistência e
inchamento de corpos de prova moldados em anéis de 20 mm de diâmetro.
Este ensaio subminiatura, segundo Nogami e Villibor (1995), possuem o seguinte
procedimento:
20
1. moldagem: a fração que passa na peneira de 0,42 mm de abertura é umedecida e
intensamente espatulada até uma consistência determinada, fixada pela plasticidade
ou pelo uso de penetrômetro portátil e assim são moldadas as pastilhas;
2. contração: as pastilhas moldadas são postas a secar em estufa a 60º C (sessenta
graus Celsius). A contração é medida diretamente por diferença entre o diâmetro do
anel e o diâmetro da pastilha seca;
3. efeitos de reabsorção da água: os anéis contendo os corpos de prova são colocados
sobre papel permeável saturado, por sua vez colocado sobre uma placa porosa com
livre suprimento d’água. Ao absorver a água, observam-se fenômenos como
inchamento, trincamento e amolecimento. O amolecimento é medido considerando-se
a consistência da pastilha, avaliada pela penetração de uma agulha padronizada com
massa de 10 g (dez gramas) e diâmetro de 1,3 mm;
4. o grupo MCT é determinado de acordo com o Quadro A.1 (anexo A), através dos
valores de contração e consistência.
De acordo com Godoy e Nogami (1997), o ensaio expedito das pastilhas permite
observar dez características dos solos analisados: contração diametral, expansão,
penetração e demais propriedades: granulometria, umidade, consistência, tempo de
ascensão, trincas, resistência ao esmagamento e coesão em água.
Nogami e Villibor (1995) observam que, das dez características observadas, somente
duas são necessárias para classificação preliminar MCT de solos (Quadro A.1, anexo
A), a contração diametral por secagem das pastilhas de solo e a penetração de uma
agulha padronizada após reabsorção d’água. A contração está relacionada com o
coeficiente c’ e a penetração com o índice e’ da Metodologia MCT (Nogami e Villibor,
1991).
Godoy e Bernucci (2000) desenvolveram uma nova proposição adaptada para o
Método das Pastilhas, através da moldagem de duas pastilhas por amostra em anéis
de aço inoxidável de 35 mm de diâmetro interno por 10 mm de altura. Após a
21
moldagem, secagem em estufa e saturação em pedra porosa por 2 horas e 30 minutos,
avalia-se a expansão, e determina-se a resistência à penetração e a quantidade de
água reabsorvida pela amostra da seguinte maneira:
- a expansão diametral é avaliada através de um paquímetro;
- a resistência à penetração é medida da profundidade penetrada de cones com 60º e
10, 30 e 60 gramas sucessivamente;
- a reabsorção de água é determinada pesando a pastilha.
Após o ensaio, analisa-se o resultado, diferenciando-se as classes de solos pelas
seguintes características do solo laterítico em oposição ao não-laterítico: expansão
diametral baixa até 10%, a resistência à penetração é elevada, com penetrações até no
máximo 6 mm com cone de 30 gramas e quantidade de água reabsorvida pela amostra
é pequena, pois a perda de umidade é parcialmente irreversível. No que se refere aos
solos com comportamento intermediário entre as classes laterítico e não-laterítico, a
tendência é de se criar uma terceira classe designada de Solos Transicionais, como
havia sugerido Vertamatti (1988).
2.3 CLASSIFICAÇÃO HRB
O sistema de classificação do HRB (Highway Research Board) reúne os solos em
grupos e subgrupos, em função da sua granulometria e plasticidade.
Os “solos granulares” compreendem os grupos A - 1, A -2 e A - 3 e, os “solos finos”, os
grupos A - 4, A -5, A - 6 e A - 7, três dos quais divididos em subgrupos. No Quadro 1,
são indicados os tipos de material, sua identificação e classificação como subleito.
22
CLASSIFICAÇÃO
GERAL
SOLOS GRANULARES
(P200 < 35%)
SOLOS SILTO - ARGILOSOS
(P200 > 35%)
GRUPOS A - 1 A - 3 A - 2 A - 4 A - 5 A - 6 A - 7
A - 7 - 5Subgrupos
A -1 -
a
A -1 -
b
A -2 -
4
A -2 -
5
A -2 -
6
A -2 -
7 A - 7 - 6
P10 < 50 - - - - - - - - - -
P40 < 30 < 50 > 50 - - - - - - - -
P200 < 15 < 25 < 10 < 35 < 35 < 35 < 35 > 35 > 35 > 35 > 35
LL - - - < 40 > 40 < 40 > 40 < 40 > 40 < 40 > 40
LP < 6 < 6 NP < 10 < 10 > 10 > 10 < 10 < 10 > 10 > 10
Índice de Grupo
(IG) 0 0 0 0 0 < 4 < 4 < 8 < 12 < 16 < 20
Tipos de material
Fragmentos
de pedra,
pedregulho e
areia
Areia
Fina
Pedregulhos e areias siltosas
ou argilosas Solos siltosos Solos argilosos
Classificação
como subleito Excelente a Bom Regular a mau
Quadro 1 - Sistema de Classificação do HRB.
Notas do Quadro 1:
a) P10, P40 e P200 indicam, respectivamente, as porcentagens que passam nas peneiras
números 10 (2 mm), 40 (0,42 mm) e 200 (0,074 mm);
b) LL (Limite de Liquidez) e IP (Índice de Plasticidade), referem-se à fração passando
na peneira 40;
c) para o subgrupo A - 7 - 5 : IP ≤ LL - 30 e para o A - 7 - 6 : IP > LL - 30;
d) a identificação é feita da esquerda para a direita, razão porque o A - 3 é colocado
antes do A - 2, sem que isto signifique superioridade daquele sobre este;
23
e) IG = (P200 - 35) x [0,2 + 0,005 (LL - 40)] + 0,01 (P200 - 15) x (IP - 10)
⇓ ⇓ ⇓ ⇓
> 0 > 0 > 0 > 0
< 40 < 20 < 40 < 20
2.4 SISTEMA UNIFICADO DE CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS (USC)
O Sistema Unificado de Classificação (USC - Unefield Classifiction System), oriundo do
A.C. (Airfield Classifiction System), foi idealizado por A. Casagrande, onde os solos são
classificados em três grupos: grossos, finos e turfas.
Os solos são designados por:
a) pedregulhos ou solos pedregulhosos: GW, GC, GP e GM, e;
b) areias ou solos arenosos: SW, SC, SP e SM.
As letras representam as iniciais das palavras inglesas:
- G - de gravel (pedregulho);
- S - de sand (areia);
- C - de clay (argila);
- W - de well graded (bem graduado);
- P - de poorly graded (mal graduado), e;
- M - da palavra sueca mo, refere-se a silte.
Ainda, as letras “O”, “L” e, “H”, refere-se à compressibilidade e significam:
- O - de organic (orgânico);
- L - de low (baixa), e;
- H - de high (alta).
24
Os solos do grupo das turfas representam-se pelo símbolo Pt de peat (turfa).
A Quadro 2, apresenta o resumo do Sistema Unificado de Classificação.
CLASSIFICAÇÃO GERAL TIPOS PRINCIPAIS SIMBOLOS
Pedregulhos ou solos
pedregulhosos GW, GP, GM e GC SOLOS GROSSOS
(Menos que 50% passando na
P200) Areias ou solos arenosos SW, Sp, SM e SC
Baixa compressibilidade (LL < 50)
ML, CL e OL SOLOS FINOS
(Mais que 50% passando na P200) Siltosos ou argilosos
Alta compressibilidade (LL > 50)
MH, CH e OH
SOLOS ALTAMENTE
ORGÂNICOS Turfas Pt
Quadro 2 - Sistema de Classificação do USC.
2.5 MAPEAMENTO GEOTÉCNICO
2.5.1 Introdução ao Mapeamento Geotécnico
Mapa Geotécnico, segundo a UNESCO5 (1970), é um tipo de mapa geológico que
representa todos os componentes de um componente geológico de significância para o
planejamento do solo e para projetos, construções e manutenções quando aplicados à
engenharia civil e de minas.
Diversos países como França, Estados Unidos, Inglaterra, Espanha e Austrália
desenvolvem trabalhos de mapeamento geológico-geotécnicos voltados para a
engenharia civil.
5 UNESCO - United Nations for Education, Science and Culture Organization.
25
No Brasil, vários trabalhos de mapeamento geológico-geotécnicos já foram realizados.
No sul do Brasil, os mapeamentos geotécnicos apresentam resultados geomecânicos
das unidades geotécnicas. Neste trabalho utiliza-se a metodologia de mapeamento
geotécnico visando aplicação em obras de engenharia proposta por Davison Dias
(1995) e aplicada por Abitante (1997).
2.5.2 Importância do Mapeamento Geotécnico
É extremamente importante e necessário o conhecimento das características dos
terrenos frente à ocupação acelerada visando otimizar economicamente e de forma
segura o uso racional do solo. O planejador deve ter conhecimento do potencial ou
problemas do solo e do subsolo nas obras de engenharia. A cartografia geotécnica
define métodos nos quais procura enquadrar unidades territoriais homogêneas
formulando orientações técnicas para a ocupação e uso destas unidades. Para esta
definição de unidades homogêneas, é necessário o conhecimento geotécnico do
subsolo brasileiro com seus múltiplos universos.
De acordo com Nogami e Villibor (1995), as diretrizes gerais para a elaboração de
mapas geotécnicos têm seguido as publicações da IAEG6 (1979), mas apresentam
sérias dificuldades nas regiões tropicais úmidas em que as diretrizes referidas ficam
sujeitas a várias restrições decorrentes das peculiaridades dos solos e do ambiente
tropical em que os mesmos são encontrados e utilizados. Devido à diversificação dos
solos brasileiros, somente mapas geológicos e pedológicos não são suficientes para
estimar o comportamento geotécnico dos tipos de solos, neste caso, mapas
geotécnicos facilitam o conhecimento a priori do material a ser utilizado.
2.5.3 Definição de Mapeamento Geotécnico
Santos (1990), define mapa geotécnico como um “documento complexo que integra um
certo número de dados do solo e subsolo de uma região, sintetizando-os e
interpretando-os, prevendo possíveis respostas à intervenção humana, pois o meio
físico, além de suas potencialidades, também tem suas limitações de uso”. 6 IAEG - Intenatinal Association of Engeneering Geology.
26
Os mapas podem orientar os técnicos nas obras de engenharia, principalmente na
construção de estradas, barragens de pequeno porte e projetos de linhas subterrâneas
de transmissão de energia elétrica.
2.5.4 Representação Gráfica de um Mapa Geotécnico
O mapa geotécnico deve dar ao usuário uma visão de conjunto dos fenômenos que
atuam na área, de maneira clara e dinâmica, através do uso de simbologia adequada e
legenda unificada descritiva perfeitamente lúcida.
2.6 METODOLOGIA DAVISON DIAS
Os mapeamentos geotécnicos, em geral, não apresentam propriedades de
comportamento dos solos. Esta tradição foi importada dos atuais mapeamentos
realizados na Europa ou Estados Unidos, isto é, de países situados em zonas não
tropicais, cujo comportamento geotécnico já está bem posicionado, pois nestas regiões
apenas um estudo qualitativo ou a partir de sistemas de classificação baseados em
índice de plasticidade e análise granulométrica pode fornecer estimativas genéricas de
comportamento destes solos. Os sistemas de classificação tradicionais usados na
engenharia geotécnica, como o Sistema Unificado de Classificação (USC), são
específicos para um estudo pontual de ocorrência e profundidade, não considerando os
horizontes com suas gêneses específicas. Entretanto, considera-se importante a
delimitação mais específica dos horizontes de solos considerando a adição dos
conhecimentos de pedologia para os horizontes superficiais e de geologia, para os
horizontes menos evoluídos.
O Brasil apresenta mais que 80% (oitenta por cento) do seu território coberto por solos
tropicais e subtropicais com comportamento particular diferindo em muitos aspectos
dos tradicionais solos estudados nas referências bibliográficas de geotecnia. Vários
tipos de rochas são encontrados no Brasil, e através da ação dos processos geológicos
e pedogenéticos são formados os perfis de solos. Davison Dias (1995) afirma que a
27
necessidade de definição de unidades geotécnicas nos solos brasileiros surge da
grande variedade de perfis encontrados no Brasil.
A metodologia Davison Dias (1995) é usada para a estimativa de unidades
geotécnicas. A estimativa das unidades geotécnicas é realizada com base nos
levantamentos geológicos e pedológicos existentes. Estudos de campo irão comprovar
esta estimativa com a verificação das unidades e retirada de amostras para um estudo
laboratorial de propriedades físicas e químicas, análise de ensaios de campo e outras
características que complementam o conhecimento geotécnico das unidades. Nesta
metodologia os horizontes superficiais A e B são classificados pela pedologia e os
horizontes C, rocha alterada (RA) e rocha sã (R), são caracterizados pela geologia.
2.6.1 Estimativa das Unidades Geotécnicas
Davison Dias (1995) define Unidade Geotécnica como uma “região formada por perfis
de solos cujo comportamento geotécnico frente ao uso e à ocupação do solo apresenta
um comportamento similar”. Segundo ela, a classificação simplificada de uma unidade
geotécnica é feita na seqüência indicada:
1. identificação das unidades pedológicas da região em estudo. Contudo, quando não
existe estudo pedológico para a região, deve ser feito um estudo pedológico voltado
para a geotecnia;
2. identificação das unidades geológicas da região em estudo;
3. realização da sobreposição dos mapas pedológicos e geológicos existentes,
estimando as unidades geotécnicas;
4. estimativa das unidades geotécnicas usando a seguinte simbologia:
“XYZxyz”
28
As letras maiúsculas “XYZ” correspondem à classificação pedológica dos horizontes
superficiais (horizontes A e B) e as minúsculas “xyz” são identificadoras da geologia,
caracterizando os horizontes C, RA e R. Estas podem ser constituídas de três ou
menos letras. Para as letras maiúsculas, utiliza-se o sistema de classificação
pedológico corrente na prática brasileira para os horizontes superficiais A e B,
conforme publicado por Camargo et. al. (1987), ignorando entretanto, subdivisões
numéricas e as características álico (a), distrófico (d), eutrófico (e) e húmico (h),
considerando somente a classificação propriamente dita e dominante na região. As
possibilidades das letras maiúsculas da classificação pedológica são apresentadas no
Quadro A.2 (anexo A). Para os horizontes C, RA e R, que guardam a estrutura
geológica, utiliza-se a classificação geológica simplificada, conforme Quadro A.3
(anexo A), a qual foi baseada no trabalho da IAEG (1979). Nesta classificação, é
considerada a rocha dominante na região.
A forma de classificação de unidade geotécnica pode ser usada para classificar um
perfil de solo, porém, neste trabalho de dissertação a caracterização dos horizontes
não será abordada.
29
2.7 PENETRÔMETRO DINÂMICO DE CONE
2.7.1 Histórico
O uso do Penetrômetro Dinâmico de Cone (Dynamic Cone Penetrometer - DCP) foi
iniciado em 1954 por Scala na Austrália. Ele desenvolveu um DCP portátil que se
chamou Scala penetrômetro, e desde então, devido sua simplicidade e mobilidade,
este equipamento vem sendo utilizado em vários países.
Em 1969, Van Vuuren, no Zimbaue, modificou o Scala penetrômetro e obteve uma
correlação notável entre o DCP e o CBR “in situ”.
Desde 1973, na Província de Transvaal, na África do Sul, o DCP tem sido
extensivamente aplicado para medições rápidas de resistência “in situ” de camadas de
pavimentos pelo Departamento de Estradas daquela província.
Nos princípios de 1984, Livneh e Isahai (1988) realizaram vários trabalhos de
investigação de substratos e avaliação da capacidade de suporte de pavimentos como
foi o caso de Aeroporto de Ben Gurion.
No Reino Unido, o Transport and Road Reserch Laboratory - TRRL, iniciou uma clara
tendência para preferir o uso deste instrumento sobre vários outros ensaios não-
destrutivos, para a avaliação de camadas de pavimentos. Posteriormente, passou a ser
extensivamente utilizado, desde 1975, por Kleyn na África do Sul, e por Harison (1987),
na Indonésia.
Kleyn (1982), na África do Sul, e Angelone et. al. (1991), na Argentina, vêm realizando
estudos para desenvolver um método de projeto de pavimentos para baixo volume de
tráfego, com base nas informações obtidas com o DCP.
No Brasil, este aparelho tem sido estudado pelo Departamento de Estradas de
Rodagem do Estado do Paraná - DER-PR (Heyn, 1986), pela Escola de Engenharia de
São Carlos, da Universidade de São Paulo - USP (Rohm e Nogueira, 1990), pelo
30
Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA (Oliveira e Vertamatti, 1997) e pela
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC (Cardoso e Trichês, 1998 e 2000).
2.7.2 O Equipamento
O Penetrômetro de Dinâmico de Cone - DCP utilizado neste trabalho é baseado no
modelo desenvolvido na Central African Standard, e modificado, em 1973, pela
Transvaal Road Department, África do Sul. O DCP é um instrumento que permite
realizar ensaios de penetração dinâmica em estruturas de pavimentos cujas camadas
são de materiais granulares finos ou solos. Ele consiste em uma barra de aço de 16
milímetros de diâmetro, a qual possui, fixado na ponta, um cone de aço com 20
milímetros de diâmetro de base e ângulo de 60o (sessenta graus). O cone, juntamente
com a barra, é introduzido no solo pelo impacto de um martelo de aço, com peso de 8
quilos, que desliza por uma barra de aço de 25 milímetros de diâmetro, com uma altura
de queda de 575 milímetros. A Figura 9 mostra o equipamento acima descrito.
Figura 9 - Penetrômetro Dinâmico de Cone.
31
2.7.3 A Operação do Ensaio em Campo
Segundo Kleyn et al. (1982), o ensaio do Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP se
realiza, em forma expedita, com auxílio de duas pessoas. Durante o ensaio, mede-se
em uma régua, o comprimento, em milímetros, que a lança penetra no solo para um
número determinado de golpes que se seleciona arbitrariamente, de acordo com a
resistência das camadas a serem atravessadas Os resultados são anotados em uma
planilha padrão onde se indica, para cada série de golpes aplicados, a profundidade
alcançada pelo cone de penetração, repetindo-se esta operação até a profundidade
máxima de penetração que é de 800 mm (oitocentos milímetros).
Kley et. al. (1982) consideram que 800 milímetros é a profundidade na qual o material
normalmente tem os efeitos do tráfego minimizado sobre o desempenho do pavimento.
Ponce et. al. (1991) ressaltam que, durante a realização do ensaio, é importante
observar certos aspectos como verificar a limpeza do instrumento e o bom estado do
cone; manter o instrumento sempre na vertical a fim de evitar que qualquer contato
entre o martelo e a barra possa gerar algum esforço adicional na penetração do cone
com o solo; além do operador do martelo estabelecer um ritmo regular, deve evitar, ao
elevar o martelo, bater no limite superior da altura de queda o que provocaria uma
movimentação ascendente do equipamento; também extrair o equipamento com
cuidado e revisar o cone a cada extração, 800 milímetros. Também deve-se
desconsiderar a primeira leitura, pois a área de contato da ponta do cone, antes do
primeiro golpe, é menor que àquelas dos golpes posteriores.
A Figura 10 ilustra a operação do equipamento Penetrômetro Dinâmico de Cone em
campo.
32
Figura 10 - Operação do Ensaio DCP em campo.
2.7.4 A Operação do Ensaio em Laboratório
Trichês e Cardoso (2000) descreveram o procedimento para obtenção da curva de
calibração do solo durante o ensaio de compactação para correlacionar o valor do
Índice de Suporte Califórnia com o Índice de Penetração (do DCP). A nova metodologia
consiste em moldar para cada amostra, dois corpos de prova com mesmas
características de umidade e compactação, sendo que para cinco pontos ensaiados,
tem-se dez corpos de prova. No primeiro corpo de prova determina-se, para os cinco
pontos, o Índice de Suporte Califórnia - CBR sem imersão, após, inverte-se o corpo de
prova para obter o Índice de Penetração através do ensaio do Penetrômetro Dinâmico
de Cone - DCP. Repete-se o procedimento indicado para os outros cinco pontos mas
após imersão de quatro dias. A determinação do Índice de Suporte Califórnia - CBR
segue o Método do DNER7, (Método de Ensaio 49-74). A determinação do Índice de
Penetração através do ensaio do Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP é feita
posicionando-se o penetrômetro no centro do corpo de prova, anotando-se a
penetração, em milímetros, a cada golpe; desprezado-se a primeira leitura.
7 DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem.
33
Faz-se o cruzamento entre os valores de CBR com imersão e os seus respectivos
valores de DN sem imersão e registra-se em um gráfico estes valores. A correlação DN
x CBR é obtida através da análise de regressão.
2.7.5 Considerações Sobre a Utilização do Penetrômetro Dinâmico de Cone
Angelone et. al. (1991), afirmam que o Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP tem sido
utilizado há muito tempo por engenheiros da África do Sul, Israel e Austrália como um
método quase não destrutivo de ensaio capaz de medir a capacidade “in-situ” do solo
de fundação, fornecendo excelentes resultados e grande confiabilidade.
Ponce et. al. (1991) destacam algumas vantagens para utilização do Penetrômetro
Dinâmico de Cone - DCP tais como sua mobilidade; seu baixo custo de operação; sua
fácil operação, uma vez que não necessita de pessoal especializado; seus múltiplos
usos destacando-se principalmente as campanhas rápidas de reconhecimento do
terreno, o controle da construção de terraplenagem, o controle de capas estabilizadas,
a verificação da eficiência dos equipamentos de compactação utilizados na obra e a
avaliação de pavimentos existentes.
Angelone et. al. (1991) complementam que entre os usos possíveis do ensaio ainda se
destacam as detecções de anomalias em alguma ou algumas das camadas uma vez
construídas; o acompanhamento do comportamento estrutural da estrada e análise da
influência de solicitações tais como tráfego e clima e, a identificação de trechos
homogêneos com características estruturais similares. Uma grande vantagem com a
utilização do Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP é a repetitividade dos resultados.
Trichês e Cardoso (1998) consideram também uma grande vantagem que este ensaio
não requer grandes escavações ou perfurações, sendo assim uma forma econômica de
investigar o pavimento, e que não interfere no tráfego de veículos.
34
Kleyn et. al. (1982), afirmam que através do uso do equipamento Penetrômetro
Dinâmico de Cone - DCP, pode-se avaliar, comparar e entender o comportamento “in-
situ” do material.
Vários autores afirmam que o uso do Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP está
restringido a materiais granulares, bases e sub-bases pouco cimentadas e solos, pois
em camadas impenetráveis corre-se o risco de danificar a ponta do equipamento e
obter resultados não confiáveis.
Diversas pesquisas no mundo utilizaram o Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP e
obtiveram correlações entre este e outros parâmetros de resistência do solo,
principalmente entre o índice de penetração do solo (através do DCP) e o conhecido
Índice de Suporte Califórnia - CBR (ou ISC) de materiais granulares.
2.7.6 Interpretação dos Resultados de Campo
Kleyn et. al. (1982) definiram diferentes conceitos para interpretação dos resultados de
campo a partir do desenvolvimento do ensaio do Penetrômetro Dinâmico de Cone -
DCP e são os descritos a seguir.
A Curva DCP consiste em uma representação do número de golpes acumulado para a
penetração do equipamento através da estrutura do solo na profundidade. A Figura 11
mostra um exemplo desta curva DCP, onde as ordenadas indicam as profundidades
até o limite de alcance da lança do equipamento (oitocentos milímetros), e as
abscissas, o número de golpes acumulado para alcançar estas profundidades.
O Índice de Penetração ou Número DCP (DN) é o número que define a penetração
do penetrômetro através de uma camada específica medida em mm/golpe (milímetros
por golpe) e é obtido traçando-se a curva DCP. Na Figura 11, exemplo de uma curva
DCP: a inclinação das retas representa o Índice de Penetração (DN em mm/golpe),
obtido através da razão entre a profundidade e o número de golpes necessário para
penetrar a respectiva profundidade.
35
A diferença das cotas entre as mudanças de inclinação da curva DCP representa a
espessura da camada atravessada.
Figura 11 - Curva DCP (profundidade x número de golpes acumulados).
O Diagrama Estrutural é uma representação derivada da curva DCP onde se
representa o Índice de Penetração (DN em mm/golpe) em função da profundidade. Nas
ordenadas indica-se a profundidade e nas abscissas o valor DN. Quando este número
é constante, significa uma uniformidade das propriedades do material; mas mudança
da inclinação das retas indica a alteração da resistência do material, devido, por
exemplo, à variação no seu teor de umidade, ou na sua massa específica aparente, ou
ainda, mudança do tipo material da camada.
A Figura 12 mostra o diagrama estrutural do pavimento mostrado na Figura 11,
observa-se, então, a presença de 3 camadas bem definidas, com DN’s de 7,5, 38 e 15
mm/golpe, respectivamente. A primeira camada possui espessura h1 com cerca de
15,0 cm; a segunda possui espessura h2 com cerca de 53,0 cm; a espessura da
terceira camada não pode ser definida devido o limite de alcance da lança do
equipamento. Ressalta-se que, do ponto de vista de distribuição de pressão provocada
CURVA DCP
-1000
-800
-600
-400
-200
00 10 20 30 40 50
Número de golpes acumulados
Pro
fund
idad
e (m
m)
DN=38 mm / golpe
DN=15 mm / golpe
DN=7,5 mm / golpe
36
pelo carregamento externo no solo de fundação, a profundidade alcançada pela lança é
suficiente.
Figura 12 - Diagrama Estrutural.
O Número Estrutural DCP (DSN) representa o número de golpes necessário para
penetrar até uma profundidade determinada. Por exemplo, DSN 800 corresponde ao
número de golpes necessário para atravessar uma profundidade de 800 mm
(oitocentos milímetros). No exemplo mostrado na Figura 11, o valor de DSN 800
corresponde a 42 golpes.
A Curva de Balanço Estrutural é obtida através do número de balanço (BN) a uma
determinada profundidade “z”. O número balanço (BN) a uma determinada
profundidade “z” é definido como o número de golpes requeridos para alcançar esta
profundidade “z” expressado como uma percentagem do número de golpes total
necessário para penetrar em 100%da profundidade avaliada. A Equação (1) demonstra
o número BN.
DIAGRAMA ESTRUTURAL
-800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100
0 0 10 20 30 40
DN (mm/golpe)P r o f u n d ii id a d e (mm)
37
BNz = (DSNz / DSN800) x 100 Eq. (1)
onde:
BNz = número balanço para “z” mm (z milímetros) de profundidade;
DSN = número de golpes requeridos para penetrar “z” mm; e
DSN800 = número de golpes requeridos para penetrar 800 mm.
O valor BNz representa a percentagem da capacidade estrutural total que suportam os
materiais existentes até uma profundidade “z” determinada. Por exemplo, se o BN100 é
igual a 40% (quarenta por cento), significa que os primeiros 100 mm (cem milímetros)
da estrutura suportam 40% da capacidade estrutural total.
Figura 13 - Curva de Balanço Estrutural
A Figura 13 mostra a representação da curva de balanço estrutural do exemplo
apresentado na Figura 11.
CURVA DE BALANÇO ESTRUTURAL
-1000
-800
-600
-400
-200
0 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0
BN (%) P R O F U N D I D A D E
(mm)
38
Podemos observar que para este exemplo, o valor de BN100 é 25% (vinte e cinco por
cento), ou seja, os primeiros 100 mm (cem milímetros) da estrutura suportam 25% da
capacidade estrutural total.
2.7.7 Correlações Existentes entre DN e CBR
Várias organizações do mundo têm algum tipo particular de DCP. E elas têm
estabelecido uma correlação própria entre medidas de DCP e algumas outras medidas
de resistência do solo. Na literatura técnica, existem muitas correlações entre o DCP e
o CBR do solo e algumas são mostradas a seguir.
Kleyn (1982), através de resultados de ensaios realizados em rodovias na África do
Sul, obteve a seguinte correlação:
logCBR = 2,60 – 1,26 x (logDN)
onde:
DN = índice de penetração obtido através da razão entre profundidade de penetração
(mm) e o número de golpes necessário para penetrar e,
CBR= índice de suporte Califórnia, em percentagem do material existente na
profundidade de penetração DCP.
Angelone et. al. (1991), através de ensaios realizados na Argentina obtiveram a
seguinte correlação:
CBR = 450 x (DN)-1,05
onde: DN e CBR são as variáveis já definidas anteriormente.
39
Harison (1987) da Indonésia, formulou correlações para solos argilosos, areia e
pedrisco graduados e obteve a seguinte correlação:
logCBR = 2,81 – 1,32 x (logDN)
onde: DN e CBR são as variáveis já definidas anteriormente.
Ponce et. al. (1991) obtiveram, no Chile, a seguinte correlação para solos finos:
logCBR = 2,89 – 1,46 x log(DN)
onde: DN e CBR são as variáveis já definidas anteriormente.
Heyn (1986) obteve no Brasil a seguinte correlação através de estudos realizados em
rodovias no Paraná:
CBR = 443,45 x (DN)-1,30
onde: DN e CBR são as variáveis já definidas anteriormente.
Heyn (1986), também desenvolveu um gráfico para, através do índice de penetração
(DN), obter graficamente o valor do CBR.
Oliveira e Vertamatti (1997) no Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA), estudaram,
em rodovias de São Paulo, os solos transicionais e obtiveram a seguinte correlação:
40
logCBR = 2,490 – 1,057 x (logDN)
onde: DN e CBR são as variáveis já definidas anteriormente.
Trichês e Cardoso (1998), em estudos realizados em Santa Catarina durante a
duplicação rodovia da BR - 101 obtiveram duas correlações, uma para determinar o
CBR “in-situ” (nas condições de umidade de campo) e, outra, para determinar o CBR
utilizado no dimensionamento (imerso), que foram respectivamente:
CBR = 512,64 x (DN)-1,25
e
CBR = 151,58 x (DN)-1,03
onde: DN e CBR são as variáveis já definidas anteriormente.
Na Figura 14 mostrada a seguir, observa-se algumas correlações obtidas na literatura
técnica.
Figura 14 - Correlações mundiais entre DN e CBR.
DN x CBR
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
5 15 25 35 45 55 65
DN (mm/golpe)
CB
R (%
)
Kleyn et. al. - África do Sul
Angelone et. al. - Argentina
Harison - Indonésia
Heyn - Brasil
Trichês e Cardoso - "in situ" -Brasil
Trichês e Cardoso -"dimensionamento" - BrasilOliveira e Vertamatti - Brasil
41
2.8 DIMENSIONAMENTO DE RODOVIAS DE BAIXO A MÉDIO VOLUME DE TRÁFEGO Apresenta-se neste item, três métodos de dimensionamento comumente adotados para
o dimensionamento de vias de baixo a médio volumes de tráfego.
2.8.1 Método de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis - DNER/1979
O método de dimensionamento de pavimentos flexíveis, DNER/1979, foi desenvolvido
pelo Engenheiro Murillo Lopes de Souza a partir da metodologia do Corpo de
Engenheiros do Exército Americano e resultados obtidos na pista experimental da
AASHTO8. Neste método, o dimensionamento é feito em função do Índice de Suporte
Califórnia - CBR do subleito e dos materiais granulares que compõe o pavimento e, do
N (número equivalente de operações do eixo padrão de 8,2 toneladas).
O método DNER/1979 tem o seguinte procedimento:
• Classificação dos Materiais Granulares Empregados no Pavimento:
a) Materiais para reforço do subleito:
-CBR maior que o subleito;
- expansão ≤ 2%.
b) Materiais para sub-base:
- CBR ≥ 20;
- I.G.= 0;
- expansão ≤ 1%.
8 AASHTO – American Association of State Highway.
42
c) Materiais para base
- para N ≤106 podem ser empregados materiais com CBR �60.
- os materiais para base granular devem se enquadrar nas faixas granulométricas da
AAHSTO, mostradas no Quadro 3.
PERCENTAGEM EM PESO PASSANDO
PENEIRAS A B C D
2” 100 100 - -
1” - 75-90 100 100
3/8” 30 -65 40-75 50-85 60-100
N° 4 25-55 30-60 35-65 50-85
N° 10 15-40 20-45 25-50 40-70
N° 40 8-20 15-30 15-30 25-45
N° 200 2-8 5-15 5-15 5-20
Quadro 3 - Faixas Granulométricas de materiais para base granular
(Método de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis DNER/1979).
A fração que passa na peneira 200 deve ser inferior a 2/3 da fração que passa na
peneira 40. A fração graúda deverá apresentar um desgaste no ensaio de Abrasão Los
Angeles inferior a 50%, ou pode ser aceito um valor superior quando há experiência
com o material a ser utilizado.
• Estudos de Tráfego
Sobre as rodovias trafegam eixos de diversas configurações e cargas. Com base nos
estudos da pista experimental da AASHTO, convencionou-se um eixo de referência
para traduzir a influência deletéria dos eixos diversos sobre os pavimentos. Foi adotado
o eixo simples padrão - ESP com roda dupla e carga total de 8,2 toneladas e pressão
de pneu de 5,6 Kgf/cm.
43
• Fator Climático Regional
Para levar em conta as variações de umidade dos materiais do pavimento durante as
diversas estações do ano, o “N” (número equivalente de operações do eixo-padrão)
deve ser multiplicado por um coeficiente (FR). Como no Brasil não se dispõe de
elementos experimentais para fixação deste valor e, como se adota a embebição dos
corpos de prova CBR, como segurança utiliza-se FR =1.
• Coeficientes de Equivalência Estrutural
O Quadro 4 fornece os coeficientes de equivalência estrutural para os materiais que
compõe o pavimento.
COMPONENTES DO PAVIMENTO COEFICIENT
E K
Base ou revestimento de concreto betuminoso 2,00
Base ou revestimento pré-misturado a quente, de graduação
densa 1,70
Base ou revestimento pré-misturado a frio, de graduação densa 1,40
Base ou revestimento betuminoso por penetração 1,20
Camadas granulares 1,00
Solo-cimento, com resistência a compressão a 7dias superior a
45 Kg/cm2 1,70
Solo-cimento, com resistência a compressão a 7 dias entre 45 e
28 Kg/cm2 1,40
Solo-cimento, com resistência a compressão a 7 dias entre 28 e
21 Kg/cm2 1,20
Bases de solo-cal 1,20
Quadro 4 - Coeficientes de equivalência estrutural
(Método de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis DNER/1979).
44
Os coeficientes estruturais são designados genericamente por:
Revestimento: KR
Base: KB
Sub-base: KS
Reforço: KREF
• Espessura Mínima do Revestimento Betuminoso
As espessuras recomendadas pela Norma visam, especialmente, as bases de
comportamento puramente granular. O Quadro 5 mostra estas espessuras em função
do número N para vias de baixo volume de tráfego.
N ESPESSURA MÍNIMA REVESTIMENTO
BETUMINOSO
N ≤ 106 Tratamentos superficiais betuminosos
106 < N ≤ 5 x106
Revestimento betuminoso com 5,0 cm de
espessura
Quadro 5 - Espessuras mínimas do revestimento betuminoso
(Método de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis DNER/1979).
• Dimensionamento do Pavimento
O gráfico da Figura 15 fornece a espessura total do pavimento, em função de N e do
CBR; em termos de material granular, ou seja, com coeficiente de equivalência
estrutural, K = 1,00.
Lembre-se que, no caso da ocorrência de materiais com CBR inferior a 2, deve-se
fazer a substituição na espessura, de pelo menos 1,0 metro, por material de CBR
superior a 2.
45
Figura 15 - Espessura total do pavimento em termos de material granular.
A espessura mínima a adotar para compactação de camadas granulares é de 10 cm, a
espessura total mínima para estas camadas quando utilizada é de 15,0 cm e a
espessura máxima para compactação é de 20 cm.
A Figura 16 fornece a simbologia utilizada no dimensionamento do pavimento. Mesmo
que o CBR da sub-base seja superior a 20, a espessura de pavimento necessário para
protegê-la é 20 cm.
Figura 16 – Simbologia utilizada no Método de Dimensionamento DNER/1979.
0
20
40
60
80
100
120
140
160 1,0E +03 1,0E +04 1,0E+05 1,0E +06 1,0E +07 1,0E +08 1,0E +09
O PERAÇÕ ES DO EIXO DE 8,2 TON
ESPESSURA DE P A V I M E N T O
I.S . ou CBR=15
I.S . ou CBR=12
I.S . ou CBR=20
I.S . ou CBR=10
I.S . ou CBR=8I.S . ou CBR=7I.S . ou CBR=6
I.S . ou CBR=5
I.S . ou CBR=4
I.S . ou CBR=3
I.S . ou CBR=2
(cm)
46
Após a determinação das espessuras Hm, Hn e H20 através do gráfico da Figura 16 e R
(espessura do revestimento betuminoso) fornecido no Quadro 5, as espessuras da
base (B), sub-base (H20) e reforço do subleito (hn), são obtidas pela resolução
sucessiva das inequações:
RKR + BKB ≥ H20 Ineq. (1)
RKR + BKB + h20 Ks ≥ Hn Ineq. (2)
RKR + BKB + H20Ks + hnKREF ≥ Hm Ineq. (3)
Quando o CBR da sub-base for maior ou igual a 40 e para N 106, admite-se substituir
na inequação (1), H20 por 0,8 x H20.
2.8.2 Metodologia da Prefeitura Municipal de São Paulo
Esta metodologia baseia-se no Método de Dimensionamento de pavimentos Flexíveis
desenvolvida pelo engenheiro Murillo Lopes de Souza, de 1966 e, utilizando-se o
ábaco proposto originalmente pelo Corpo de Engenheiros do Exército Americano. Esta
iniciativa da prefeitura de São Paulo procura adequar uma metodologia para solos
tropicais.
Como resultado, esta alternativa propõe-se a reduzir em até 20% o custo de
pavimentos em vias urbanas destinadas a tráfego leve e muito leve, através da redução
na substituição de solos nas áreas a serem pavimentadas. Entretanto, o método
preconiza uma cuidadosa caracterização geológica do subsolo, afim de não
comprometer a segurança e durabilidade do pavimento.
A metodologia da Prefeitura de São Paulo tem o seguinte procedimento:
47
• Classificação dos tipos de tráfego
As vias urbanas a serem pavimentadas são classificadas de acordo com o tráfego
previsto nos seguintes tipos:
• Tráfego muito leve: são as ruas de características essencialmente residenciais, para
as quais não é absolutamente previsto o tráfego de ônibus, podendo existir
ocasionalmente passagens de caminhões em número não superior a três por dia, por
faixa de tráfego, caracterizado por um número N típico de 104 solicitações por eixos
simples padrão (8,2 toneladas) para o período de projeto de 10 anos.
• Tráfego leve: são as ruas de características essencialmente residenciais, para as
quais não é absolutamente previsto o tráfego de ônibus, podendo existir
ocasionalmente passagens de ônibus e caminhões em número não superior a
cinqüenta por dia, por faixa de tráfego, caracterizado por um número N típico de 105
solicitações por eixos simples padrão (8,2 toneladas) para o período de projeto de 10
anos
• Carga legal
Nesta metodologia, é considerado que a carga máxima legal é de 10 toneladas por eixo
simples de rodas duplas.
• Considerações sobre o subleito
A espessura do pavimento a ser construído será calculada de acordo com o presente
procedimento, em função do suporte (CBR ou mini - CBR) como representativo de suas
camadas.
Nos casos onde as sondagens indicarem a necessidade de substituição do subleito,
deverá ser considerado o valor de suporte dos solos de empréstimo.
48
Na determinação do suporte do subleito, empregar-se-á o Ensaio Normal de
Compactação de Solos (PMSP9) e a moldagem dos corpos de prova deverá ser feita
com energia de compactação correspondente.
No entanto, a determinação do suporte do subleito (CBR ou mini - CBR) poderá ser
feita com amostras indeformadas, após um período mínimo de imersão de 48 horas no
caso de CBR ou 12 horas quando mini - CBR, nos casos das vias existentes serem
dotadas de guias e sarjetas, reforços de pavimentos antigos ou de aproveitamento do
leito existente.
No caso de ocorrência de solo com suporte inferior a 2%, deverá ser feita sua
substituição por um solo com suporte maior ou igual a 5% e expansão inferior a 2%, na
espessura indicada em projeto. Poderá ser indicada outra solução devidamente
justificada.
No caso de ocorrência no subleito de solo com expansão superior a 2%, deverá ser
determinada experimentalmente, a sobrecarga necessária para o solo apresentar
expansão inferior a 2%.
O peso próprio do pavimento projetado deverá transmitir para o subleito uma pressão
igual ou maior do que a determinada em ensaio.
• Estrutura do Pavimento
Espessura total do pavimento - após a definição do tipo de tráfego e determinação da
capacidade de suporte do subleito, a espessura total básica do pavimento, em termos
de material granular, HSL, será fixada de acordo com o ábaco da Figura 17.
9 PMSP – Prefeitura Municipal de São Paulo.
49
U.S.A.C.E
Figura 17 - Espessura total do pavimento, segundo a metodologia da PMSP.
Curva 1 - Tráfego muito leve - N “típico” = 104 solicitações do
eixo simples Padrão de 8,2 t.
Curva 2 - Tráfego leve - N “típico” = 105 solicitações do eixo
simples Padrão de 8,2 t.
- Tipo e espessura da camada de rolamento: o revestimento betuminoso será
constituído de uma camada usinada de pré-misturado à quente (PMQ) ou concreto
asfáltico usinado à quente (CAUQ) com espessura mínima de 3,0 centímetros. Pode-se
aceitar revestimento de macadame betuminoso com capa selante ou de tratamento
superficial triplo, desde que as condições topográficas assim o permitam (rampa < 4%).
- Espessura das demais camadas: uma vez determinada a espessura total do
pavimento (HSL), e fixada a espessura do revestimento (R), faz-se o dimensionamento
das espessuras das demais camadas, ou seja, sub-base e reforço do subleito.
0
10
20
30
40
50
60
70
1 10 100CBR (%)
Esp
essu
ra d
o P
avim
ento
(cm
)2
1
50
As espessuras de base (B), sub-base (hSB) e reforço do subleito (hREF) são obtidas pela
resolução sucessiva das seguintes inequações:
RKR + BKB ≥ HSB Ineq. (4)
RKR + BKB + hSBKSB ≥ HREF Ineq. (5)
RKR + BKB + HSBKSB + hREF KREF ≥ fHSL Ineq. (6)
Onde, KR, KB, KSB e KREF representam os coeficientes estruturais do revestimento, da
base, da sub-base e do reforço do subleito, respectivamente e, HSB, hREF e HSL as
espessuras fornecidas pela Figura 15 para materiais com CBRSB, CBRREF, CBRSL (ou
mini - CBRSB, mini - CBRREF, mini - CBRSL).
A estrutura do pavimento poderá conter sub-base ou não, a critério do projetista. A
espessura mínima a adotar para uma camada granular é de dez centímetros. A Figura
18 apresenta o esquema elucidativo da metodologia de dimensionamento da PMSP.
Figura 18 - Esquema elucidativo da metodologia da PMSP.
• Coeficiente de equivalência estrutural
Os coeficientes de equivalência estrutural adotados na metodologia de
dimensionamento da PMSP são mostrados no Quadro 6.
51
COMPONENTES DO PAVIMENTO COEFICIENTE
K
Base ou revestimento de concreto betuminoso 2,0
Base ou revestimento de concreto magro 2,0
Base ou revestimento de pré-misturado à quente, de graduação densa 1,8
Base ou revestimento de pré-misturado à frio, de graduação densa 1,4
Base ou revestimento betuminoso por penetração 1,2
Paralelepípedos 1,0
Camada de isolamento ou bloqueio 1,0
Base de brita graduada, macadame hidráulico e estabilizadas com aditivos Variável
Reforço do subleito Variável
Base de Solo-cimento com resistência à compressão aos 7 dias superior a 45Kg/cm² 1,7
Base de Solo-cimento com resistência à compressão aos 7 dias entre 45 e 28 Kg/cm² 1,4
Base de Solo-cimento com resistência à compressão aos 7 dias entre 28 e 21 Kg/cm² 1,2
Areia 1,2
Quadro 6 - Coeficientes de equivalência estrutural da metodologia da PMSP.
Os coeficientes estruturais da sub-base granular e do reforço do subleito serão obtidos
pelas inequações:
onde:
CBRSB, CBRREF, CBRSL são os índices de suporte da sub-base, do reforço e do
subleito.
Mesmo que a capacidade de suporte do reforço ou da sub-base seja superior a 30%,
deverá ser considerado como se fosse igual a 30% para efeito de cálculo das
inequações para o cálculo dos coeficientes estruturais da sub-base, do reforço e do
subleito.
kSBSBREF
CBRCBR= <×3
3 1
kREFREF
SLCBR
CBR= <×33 1
Ineq. (7)
Ineq. (8)
52
Quando pavimentos antigos de paralelepípedos forem beneficiados com revestimentos
betuminosos, o valor do coeficiente estrutural do pavimento existente poderá variar de
1,2 a 1,8; em função do comportamento, abaulamento e rejuntamento dos
paralelepípedos.
• Materiais das diversas camadas do pavimento
A espessura mínima da base deverá ser de dez centímetros. No caso de bases
estabilizadas granulometricamente, além da obediência às especificações contidas nas
normas correspondentes, os materiais ou misturas de materiais deverão satisfazer as
seguintes exigências de CBR mínimo e de expansão máxima medida na sobrecarga de
4,5 quilos:
- Bases: CBR > 60%, expansão < 0,5%.
No caso em que o projetista preconize o uso de bases estabilizadas ou de macadame
hidráulico, recomenda-se a execução, sobre a imprimação impermeabilizante da base,
de um tratamento superficial simples com o objetivo de melhorar a resistência da
interface entre a camada de rolamento e base, além de proporcionar uma maior
impermeabilização da base.
A base poderá ser do tipo mista convencional constituída para tráfego muito leve, de
macadame betuminoso (5 centímetros, no mínimo) e de macadame hidráulico (7
centímetros, no mínimo) e, para tráfego leve, de macadame betuminoso (5 centímetros,
no mínimo) e de macadame hidráulico (10 centímetros, no mínimo). Pode-se utilizar
outros tipos de bases mistas, desde que aprovadas por algum Corpo Técnico.
Materiais próprios para reforço são os de CBR superior ao do subleito e expansão
máxima de 2%, medida com sobrecarga de 4,5 quilos.
53
• Pressuposto do dimensionamento
- Drenagem: o dimensionamento parte do pressuposto que haverá sempre uma
drenagem superficial adequada e que o lençol subterrâneo será rebaixado a pelo
menos 1,50 metros em relação ao greide de terraplenagem.
- Compactação das camadas do pavimento e melhoria do subleito: o dimensionamento
pressupõe também, que sejam inteiramente satisfeitos os requisitos de compactação a
seguir discriminados:
a) os revestimentos de concreto asfáltico e de pré-misturados à quente deverão ser
compactados a, no mínimo, 95% da densidade aparente de projeto.
b) as bases estabilizadas granulometricamente deverão ser compactadas a, no
mínimo, 100% da Energia do Proctor Intermediário, ressalvo os casos que venham a
danificar construções lindeiras, onde deverá ser utilizada base e de macadame
hidráulico.
c) as camadas de reforço do pavimento e melhoria do subleito deverão ser
compactadas na energia preconizada em projeto.
2.8.3 Fórmula de Peltier para Dimensionamento de Pavimentos com Lajotas
Para determinação da espessura total (e) da estrutura do pavimento com lajotas,
utiliza-se a fórmula de Peltier modificada e dada pela equação 2.
e = 100 + 150 x (1,2 x p)1/2 Eq. (2)
CBR + 5
onde:
e = espessura total do pavimento em centímetros;
p = carga, por roda, tomada como igual a 6 toneladas, e;
CBR = Índice de Suporte Califórnia do subleito em %.
54
3. METODOLOGIA
3.1 DEFINIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
Em princípio, estabeleceu-se que a pesquisa seria desenvolvida em quatro regiões do
Município de São José. Todavia, tendo em vista que o estudo exigiria a realização de
um grande número de ensaios, aliado aos fatores econômico e temporal, que não
comportariam o âmbito deste trabalho; optou-se em escolher uma região.
A área estudada dentro do Município de São José é denominada Sertão do Imaruim.
As Figuras 19 e 20 mostram a localização da região no município e o mapa do bairro
com as ruas investigadas.
55
3.1.1 Localização da Área Estudada
SÃO JOSÉ
Figura 19 - Esquema da localização da região estudada, Sertão do Imaruim.
SERTÃO DO IMARUIM
56
3.1.2. Mapa do Bairro
Figura 20 - Esquema do bairro Sertão do Imaruim.
57
3.2 CONCEPÇÃO DA METODOLOGIA
A proposição desta dissertação é o desenvolvimento de uma metodologia que permita
a investigação geotécnica de vias urbanas não pavimentadas através do emprego do
Penetrômetro Dinâmico de Cone. Ela abrange as seguintes etapas principais:
• Ensaios de Campo com o Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP para
determinação do Índice de Penetração DN (mm/golpe) e da espessura (h) do
revestimento primário e, nos mesmos locais, ensaios de campo tradicionais como a
determinação da MEAS10 através do Método do Frasco de Areia para verificar o Grau
de Compactação das vias e determinação do Teor de Umidade para verificar a
umidade de campo.Nos mesmos locais onde se executou os ensaios de campo, faz-se
a coleta de amostras para a realização dos ensaios de laboratório.
• Ensaios de Laboratório realizados para expressar a correlação entre o Índice de
Penetração DN (mm/golpe) do DCP e o Índice de Suporte Califórnia - CBR utilizado
nos métodos de dimensionamento. Para cada amostra realiza-se o ensaio de
Compactação, Índice de Suporte Califórnia e de Penetração com o Penetrômetro
Dinâmico de Cone - DCP.
• Desenvolvimento da Metodologia de Dimensionamento: através do Índice de
Penetração - DN de referência, obtido no ensaio DCP de campo, utiliza-se a correlação
obtida em laboratório (DN x CBR) para obter-se a capacidade de suporte do
revestimento primário. Também, através do ensaio DCP em campo, obtém-se a
espessura de projeto do revestimento primário. Desenvolve-se a metodologia de
dimensionamento para vias urbanas de tráfego baixo a médio. Objetiva-se aproveitar a
espessura do revestimento primário existente em campo como parte da espessura total
do pavimento, obedecendo a certos critérios estabelecidos nesta metodologia.
10 MEAS – Massa Específica Aparente Seca Máxima.
58
• O Procedimento para Controle Tecnológico da camada final de terraplenagem da
via com o equipamento DCP, é feito realizando-se o ensaio DCP nas futuras trilhas de
roda.
3.3 ENSAIOS DE CAMPO
3.3.1 Ensaio do Penetrômetro Dinâmico de Cone – DCP
O Ensaio do Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP realiza-se, segundo a metodologia
de operação do ensaio em campo descrita por Kleyn (1982) e apresentada no sub-item
2.7.3. Longitudinalmente os ensaios são executados a cada 100 metros.
Transversalmente os ensaios são realizados em cinco pontos que são: eixo, trilha de
roda lado esquerdo, bordo esquerdo, trilha de roda lado direito e bordo direito. As
medidas transversais são registradas pelos números 1, 2, 3, 4 e 5, de acordo com sua
posição: o número 1 corresponde ao eixo, o número 2 corresponde à posição da trilha
de roda lado esquerdo (TR - LE), o número 3 corresponde ao bordo esquerdo (BE), o
número 4 identifica a posição da trilha de roda lado direito (TR - LD) e o número 5 ao
bordo direito (BD). O espaçamento entre estas medidas varia de acordo com a largura
da rua, e em média é de um metro.
A Figura 21 ilustra a posição das medidas transversais.
Figura 21 - Posição transversal das medidas DCP na via.
59
Em cada estaca, aqui considerada a cada 100 metros, realiza-se cinco penetrações.
Para cada penetração, faz-se a representação gráfica da Curva DCP (número de
golpes acumulado x profundidade). (Vide Figura 11).
A partir da representação gráfica de cada Curva DCP, calcula-se o Índice de
Penetração DN em mm/golpe (milímetros por golpe), que é obtido por meio da razão
entre a profundidade e o número de golpes necessários para penetrar até esta
profundidade.
Também, partir de cada Curva DCP, determina-se a espessura do revestimento
primário existente em campo (h), calculada através da diferença das cotas entre as
mudanças de inclinação das retas. (Vide Figura 11). Faz-se também a representação
gráfica do Diagrama Estrutural. (Vide Figura 12).
3.3.2 Determinação do Índice de Penetração (DN) e Espessura do Revestimento Primário Com o Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP
A partir dos ensaios de campo, determina-se o Índice de Penetração (DN) e a
espessura da camada de revestimento primário, tanto no sentido longitudinal como na
seção transversal da via. Visualiza-se também os locais onde será necessária a
remoção do material ou a melhoria das condições de compactação da via existente
3.3.3 Definição do CBR e h de Projeto
Através da análise estatística das espessuras do revestimento primário calculadas a
partir das Curvas DCP, obtém-se o valor da espessura do revestimento primário (h) de
projeto. A partir dos DN’s de campo calculados a partir das Curvas DCP e, utilizando-se
a correlação DN x CBR, calcula-se os CBR’s e, através da análise estatística, obtém-se
o CBR de projeto. Assim, a partir destes dados, dimensiona-se o pavimento.
60
3.3.4 Caracterização das Condições de Compactação do Revestimento Primário
Avalia-se as condições de compactação em campo do revestimento primário, através
do conhecimento do Grau de Compactação e do teor de umidade. No desenvolvimento
da pesquisa, precisa-se comparar as condições de compactação de campo (provocada
pelo tráfego) com as condições de laboratório em que é obtida a curva DN x CBR.
Posteriormente, as condições de compactação dos materiais serão caracterizadas pelo
valor de DN, ou seja, para um mesmo solo, quanto mais elevado for este índice, pior
será a capacidade de suporte, não sendo necessário determinar o Grau de
Compactação.
O procedimento de campo é o seguinte:
• Determinação da Umidade Higroscópica por secagem em estufa. Realiza-se duas
determinações a cada 100 metros nos locais em que executa-se o ensaio de
Penetração com o Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP, imediatamente após a
execução deste ensaio.
• Determinação da Massa Específica Aparente “in situ” através do Método de
Ensaio do Frasco de Areia (DNER – ME 092/64. Faz-se duas determinações nos
mesmos pontos (transversais) onde foram executados o ensaio de Penetração com o
Penetrômetro Dinâmico de Cone - DCP).
3.4. ENSAIOS DE LABORATÓRIO
3.4.1 Ensaios de Caracterização
São executados os ensaios convencionais de Análise Granulométrica (DNER-ME 80-
64), de Limite de Plasticidade (DNER-ME 82-63), e de Limite de Liquidez (DNER-ME
44-71) e, identificada a classificação MCT através do Método Expedito das Pastilhas
(sub-item 2.2.3).
61
3.4.2 Determinação da Correlação CBR x DN Para o Revestimento Primário
Os ensaios de laboratório possuem caráter obrigatório para expressar a correlação
Índice de Penetração DN e Índice de Suporte Califórnia CBR. É através desta
correlação que se definem a capacidade de suporte do revestimento primário “in-situ”
para a região estudada. As condições de umidade de campo são, quase sempre, de
solos não saturados, porém não necessariamente nas condições de umidade ótima. Há
portanto, necessidade de simular em laboratório, tanto a condição não saturada de
campo, como as condições em que é avaliado o índice de Suporte Califórnia - CBR, ou
seja, 4 dias de imersão. A metodologia empregada para a determinação da correlação
DN x CBR é aquela definida por Trichês e Cardoso (2000), conforme exposto no sub-
item 2.7.4.
Para cada amostra característica da unidade geotécnica, faz-se a determinação da
Correlação DN x CBR. Para tanto é necessária a realização em laboratório dos
seguintes ensaios:
• Ensaio de Compactação (DNER-ME 47-64): emprega-se a metodologia Trichês e
Cardoso (2000), sub-item 2.7.4. Molda-se, para cada um dos cinco pontos da curva de
compactação, dois corpos de prova com as mesmas características de umidade e
massa específica, obtendo-se um total de dez corpos de prova.
• Determinação do Índice de Suporte Califórnia - CBR (DNER-ME 49-74): realiza-se
o ensaio de CBR sem imersão nos corpos de prova ímpares. Os corpos de prova pares
vão para imersão por quatro dias para realizar o ensaio de CBR com imersão.
• Penetrômetro Dinâmico de Cone; realiza-se segundo a operação de ensaio descrita
por Trichês e Cardoso (2000), sub-item 2.7.4, onde, inverte-se os corpos de prova
ímpares após o ensaio de CBR sem imersão e posiciona-se o penetrômetro no círculo
vazado da sobrecarga do ensaio de CBR e realiza-se o ensaio DCP com leituras a
cada golpe. Após a realização do ensaio de CBR com imersão nos corpos de prova
pares, procede-se o ensaio DCP da mesma forma dos corpos de prova ímpares.
62
A partir destes dados, a correlação DN x CBR é determinada da seguintes forma: faz-
se um cruzamento entre os valores de CBR com imersão e seus respectivos valores de
DN sem imersão, o qual resultará cinco pares de pontos DN x CBR para cada grupo
ensaiado. Assim, com os valores obtidos de todos os grupos, traça-se um gráfico DN
sem imersão x CBR com imersão e através de análise de regressão obtém-se a
correlação DN x CBR, como mostrado na Figura 22. Através desta correlação, obtém-
se o CBR imerso que é o parâmetro utilizado para o dimensionamento dos pavimentos
utilizado nos métodos em nosso país.
A Figura 22 ilustra um exemplo do tipo de correlação a ser obtida.
Figura 22 - Curva de correlação DN x CBR.
Obtém-se outra correlação cruzando todos os valores de DN (com e sem imersão) e de
CBR (com e sem imersão) e determina-se assim o valor do CBR “in situ”, ou seja, nas
condições de umidade encontradas em campo.
3.4.3 Determinação da Correlação CBR x DN Para o Solo de Fundação
Como pode ser visualizado na Figura 14 (sub-item 2.7.7), para valores de CBR
menores que 5 (cinco), as curvas DN x CBR, de diferentes autores e para diferentes
tipos de solo, são praticamente coincidentes. A variação de CBR obtida entre elas, para
um mesmo DN, estaria dentro da própria repetibilidade do ensaio CBR.
DN x CBR
CBR= 300,49DN-1,02
R2 = 1,00
0
5
10
15
20
25
30
35
0 20 40 60 80 100
DN (mm/golpe)
CB
R (%
)
Fonte: Trichês e Cardoso (1998)
63
Desta forma, para a obtenção do CBR do subleito lançou-se mão da curva obtida por
Trichês e Cardoso (1998).
3.5 PROCEDIMENTO PARA CONSIDERAÇÃO DO REVESTIMENTO PRIMÁRIO EXISTENTE NO DIMENSIONAMENTO DA ESTRUTURA
3.5.1 Considerações Iniciais
Para contemplar o aproveitamento do material do corpo estradal já consolidado, no
dimensionamento da estrutura, é necessário levar em consideração certos aspectos
construtivos os quais relaciona-se a seguir.
- o dimensionamento da estrutura só poderá ser feito após a conclusão do
levantamento topográfico e do projeto geométrico da via para definição dos locais
possíveis de corte ou aterro. No caso de locais de corte, é importante observar qual a
espessura do revestimento primário que será removida, uma vez que a espessura do
revestimento primário após o corte poderá não mais atender às necessidades do
projeto. No caso de locais de aterro, é imprescindível que o material de preenchimento
seja compactado até atingir o Índice de Penetração DN igual ou inferior ao existente de
referência (correspondente ao CBR de projeto);
- para que o revestimento primário seja considerado como reforço na estrutura do
pavimento, considerou-se que o valor mínimo para o Índice de Suporte Califórnia - CBR
admitido seja igual a 7% e máximo de 20%. Caso o CBR de projeto do revestimento
primário obtido seja superior a 20%, considera-se como 20%;
- para que o revestimento primário seja considerado como reforço na estrutura do
pavimento, este deverá apresentar uma espessura mínima, de 10 cm;
- se o revestimento primário apresentar uma espessura inferior a 10 cm, o pavimento
será dimensionado a partir da proteção do subleito, desprezando a espessura do
revestimento primário como parte da estrutura;
64
- se o revestimento primário apresentar espessura igual ou superior a 10 cm, o
pavimento será dimensionado considerando a espessura do revestimento primário com
coeficiente de equivalência estrutural igual a um (K = 1), mas limitando esta
contribuição na estrutura a uma espessura equivalente máxima igual a 20 cm;
- fazer a verificação se a estrutura obtida protege o subleito e o revestimento primário,
adotando uma espessura mínima que proteja os dois.
3.5.2 Dimensionamento da Estrutura
O dimensionamento da estrutura do pavimento a ser implantado defini-se a partir do
conhecimento da capacidade de suporte do solo de fundação, da capacidade de
suporte do revestimento primário existente, da sua espessura e do tráfego estimado
para a via durante o período de projeto.
Utiliza-se o Método do DNER/1979, para o dimensionamento da estrutura, para o
tráfego estimado, em função do número equivalente de operações do eixo padrão de
8,2 t (N8,2) do Corpo de Engenheiros do Exército Americano.
Considera-se os seguintes tipos de tráfego:
- muito leve N 104;
- leve N 105 , e;
- baixo N 106.
Realiza-se o dimensionamento da estrutura a partir da seguinte seqüência de cálculo:
3.5.2.1 Dados de entrada
Das curvas DCP x Profundidade, determina-se o Índice de Penetração de projeto DN
(mm/golpe) e a espessura de projeto da camada de revestimento primário, conforme
65
descrito no sub-item 3.3.3. Com o uso da correlação determinada para esta unidade
geotécnica (sub-itens 3.4.2) determina-se o valor do CBR do revestimento primário
(CBRrev).
Os dados de entrada são os relacionados a seguir:
- Índice de Suporte Califórnia de projeto do revestimento primário (CBRrev);
- espessura de projeto do revestimento primário (h);
- Índice de Suporte Califórnia de projeto do solo de fundação (CBRp), obtido
da curva DN x CBR proposta por Trichês e Cardoso (1998); e
- N de projeto (Corpo de Engenheiros do Exército Americano).
3.5.2.2 Cálculo da espessura total do pavimento, Ht
A espessura total Ht do pavimento, em termos de material granular, com coeficiente de
equivalência estrutural K = 1, é dada pela equação (3).
Ht = 77,67 x Np0,0482 x CBRp-0,598 Eq. (3)
onde:
Np = número de repetições do eixo simples padrão (ESP) de 8,2 toneladas,
durante o período de projeto; e,
CBRp = Índice de Suporte Califórnia de projeto, do solo de fundação.
3.5.2.3 Aproveitamento da espessura do material consolidado no dimensionamento
Em campo, a camada de revestimento primário (material consolidado pelo tráfego) tem
uma espessura h e apresenta um valor de CBRrev diferente do solo de fundação
(geralmente maior).
66
Assim, com os dados de CBR do revestimento primário, Np de projeto, utiliza-se a
equação (3) para calcular a espessura total do pavimento, Ht' e, pode-se proteger o
revestimento primário quanto à ruptura por cisalhamento e deformação excessiva.
A Figura 23 mostra a espessura total do pavimento necessária para proteger o
revestimento primário com capacidade de suporte igual a CBRrev.
Figura 23 - Ht' - espessura total do pavimento necessária para proteger o
revestimento primário com CBRrev.
De acordo com a metodologia de dimensionamento, tem-se que a espessura da
camada de reforço, ou de sub-base, (Href), é dada por:
Href = Ht – Ht’ Eq. (4)
onde:
Href = espessura da camada de sub-base, ou de reforço do solo de fundação;
Ht = espessura total do pavimento necessária para proteger o solo de fundação
com CBRp; e,
Ht' = espessura total do pavimento necessária para proteger o revestimento
primário com CBRrev.
67
Assim, Href seria a espessura da camada de sub-base, ou de reforço do solo de
fundação, que o revestimento primário deveria apresentar para que o dimensionamento
das camadas de sub-base, base e revestimento, pudesse ser feito a partir da
espessura Ht'.
Por outro lado, a Figura 24 representa a condição de campo, onde o revestimento
primário tem uma espessura h.
Figura 24 - Condição de campo, onde o revestimento primário tem uma
espessura h.
Comparando-se as Figuras 23 e 24 tem-se as seguintes considerações:
Se h Href, então h do revestimento primário atende a espessura de
reforço calculada pela equação (4) e Ht' seria então a
espessura necessária para proteger o revestimento
primário com CBR rev.
Se h < Href, então h do revestimento primário não atende a espessura
de reforço calculada pela equação (4) e Ht' tem que
ser redimensionada.
68
3.5.2.4 Redimensionamento de Ht' (quando h < Href)
A hipótese para o redimensionamento de Ht' é que se um material de reforço com dado
CBR necessita de uma espessura Href para protegê-lo e no campo se tem uma
espessura menor, pode-se considerar esta espessura menor, porém com um CBR
também menor, denominado aqui de CBR estimado (CBRest). Assim, dá-se esta
espessura pela equação (5):
Ht’’ = Ht - h Eq. (5)
onde:
Ht’’ = espessura total do pavimento necessária para proteger uma camada de
revestimento primário com CBRest, assente sobre um solo de fundação;
Ht = espessura total do pavimento necessária para proteger o solo de fundação
com CBR =CBRp; e,
h = espessura de revestimento primário em campo com capacidade de suporte
igual a CBRrev.
Partindo-se com os dados na ordem inversa, isto é, espessura Ht'', Np, e utilizando-se
a equação (3), calcula-se o valor do CBRest do revestimento primário, o qual
substituiria o valor determinado em campo, mas com o aproveitamento da sua
espessura do revestimento primário. O valor do CBRest seria dado pela equação (6).
- 1/ 0,598
CBRest = Ht’’
77,67 x Np 0,0482 Eq. (6)
69
onde:
CBR est = espessura da camada de sub-base, ou de reforço do solo de fundação;
Ht” = espessura total do pavimento necessária para proteger uma camada de
revestimento primário com CBRest, assente sobre um solo de fundação
com CBRp; e,
Np = número de repetições do eixo simples padrão (ESP) de 8,2 toneladas,
durante o período de projeto.
E a estrutura dimensionada a ser detalhada passa, então, a ser àquela mostrada na
Figura 25.
Figura 25 - Estrutura dimensionada quando a espessura do revestimento primário
existente é inferior a Href.
3.5.2.5 Considerações sobre o alargamento da plataforma
Para efeitos construtivos, o alargamento da plataforma deve permitir a entrada de um
equipamento de compactação. O material a ser empregado terá que apresentar a
capacidade de suporte enquadrada nos dois casos expostos a seguir.
70
• Caso em que h ≥ Href
Nesta situação, o material a ser empregado deverá apresentar uma capacidade de
suporte, no mínimo, igual a do revestimento primário. A espessura desta camada
deverá ser, no mínimo, igual a do próprio revestimento primário.
• Caso em que h < Href
Nesta situação, o material a ser empregado deverá apresentar uma capacidade de
suporte no mínimo igual a do CBR estimado para a camada do revestimento primário
existente. A espessura da camada deverá ser no mínimo igual à do revestimento
primário existente.
3.6 MAPEAMENTO GEOTÉCNICO
Utilizou-se a metodologia Davison Dias (1995) para a estimativa de unidades
geotécnicas (item 2.6). Realizou-se a estimativa da unidade geotécnica com base nos
levantamentos geológicos e pedológicos existentes. Verificou-se esta estimativa
através de estudos de campo e estudos de caracterização em laboratório.
Todavia, este item não faz parte da metodologia em si de dimensionamento, mas ele é
importante para verificar se, na área de estudo, existe mais de uma unidade
geotécnica.
A proposta da metodologia de unidades geotécnicas é definir universos de solos,
comparando solos de mesma gênese e, desta forma, permitir o uso de um banco de
dados. Por exemplo, se no município houver outra unidade geotécnica como a descrita
no bairro em que se desenvolveu a metodologia, pode-se utilizar as mesmas
correlações obtidas, sem a necessidade de repetir os ensaios de caracterização e para
obter a curva DN x CBR. Para o município isto levará a uma grande economia na
questão da redução de ensaios tecnológicos e rápida solução de problemas
geotécnicos uma vez que uma mesma unidade tenderá a apresentar o mesmo
comportamento geotécnico.
71
4. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
4.1 DESENVOLVIMENTO PRÁTICO DA METODOLOGIA
Na região estudada, Sertão do Imaruim, foram investigadas seis ruas não
pavimentadas em uma extensão total de aproximadamente cinco quilômetros. As ruas
investigadas foram: José Matias Zimermann; Maria A. Back; Lino Pedro da Silva; José
Kirchner; Paulo Koester e Valtelino Demétrio.
Além do fato de estarem inseridas na mesma unidade geotécnica, estas ruas
apresentavam certos aspectos em comum quais sejam: a) o leito central consolidado
pelo tráfego, b) os bordos não consolidados pela ausência de tráfego e, c) a presença
de material de reforço colocado pela Prefeitura e já consolidado pelo tráfego.
4.1.1 Ensaios de Laboratório
4.1.1.1 Ensaios de Caracterização
Os resultados obtidos nos ensaios de caracterização: Análise granulométrica, Limite de
Liquidez, Índice de Plasticidade e, as classificações HRB e USC são apresentados no
Quadro 7. (Vide anexo B).
72
Rua Esta
ca
%Pass.
#200 LL (%) IP (%)
Class.
HRB
Class.
USC
Maria A, Back 3 47,10 40 16 A -6 SC
Maria A, Back 6 39,10 25 2 A - 4 SC
Maria A, Back 9 44,60 35 16 A - 6 SM
José Kirchner 1 22,90 30 9 A - 2 SC
Lino Silva 1 28,54 25 6 A -2 - 4 SM
Lino Silva 4 39,90 35 6 A - 4 SM
Maria A, Back 12 25,00 40 19 A - 2 - 6 SC
José Kirchner 5 17,00 20 NP A - 3 SM
Valtelino Demétrio 3 14,30 25 NP A - 3 SM
Valtelino Demétrio 7 36,00 25 0 A - 3 SM
Lino Silva 7 15,60 25 NP A - 3 SM
Lino Silva 10 17,47 20 NP A - 3 SM
Paulo Koester 2 20,90 20 NP A - 3 SM
Paulo Koester 4 17,03 25 NP A - 3 SM
Quadro 7 - Resultados dos ensaios de caracterização.
4.1.1.2 Classificação MCT
O Método Expedito das Pastilhas utilizado foi o de Nogami e Villibor (1994). Foram
realizados os ensaios das pastilhas para todas as amostras.
A Figuras 26 e 27, ilustram a moldagem das pastilhas em anéis de 20 milímetros de
diâmetro e, o processo de reabsorção de água pelas pastilhas, respectivamente.
73
Figura 26 - Moldagem das pastilhas para Classificação MCT.
Figura 27 – Processo de reabsorção de água, durante o ensaio das pastilhas.
O Quadro 8 apresenta a classificação preliminar MCT obtida nos ensaios, para todas
as amostras. (Vide anexo B).
74
Rua Estaca Class. MCT
Maria A, Back 3 NS’-NG’
Maria A, Back 6 NS’-NA’
Maria A, Back 9 NS’-NA’
José Kirchner 1 NA’-NS’
Lino Silva 1 NG’-NS’
Lino Silva 4 LA’-LG’
Maria A, Back 12 NS’-NA’
José Kirchner 5 LA’
Valtelino Demétrio 3 LA’
Valtelino Demétrio 7 NS’-NA’
Lino Silva 7 NS’-NA’
Lino Silva 10 NA-NS’
Paulo Koester 2 NA-NS’
Paulo Koester 4 NA-NS’
Quadro 8 - Resultados da Classificação MCT.
Os Sistemas Tradicionais de Classificação, USC e HRB, utilizam a granulometria e a
plasticidade da fração de solo inferior a 0,42 mm como elementos classificadores do
mesmo (Limite de Liquidez, Limite de Plasticidade e Índice de Plasticidade e P200).
Esses sistemas foram desenvolvidos para solos de regiões de clima temperado e,
como já amplamente discutido na literatura técnica, em condições tropicais, estes
índices não mais se aplicam. (Nogami e Villibor, 1995 e, Godoy e Bernucci, 2000).
No Gráfico de Plasticidade de Casagrande, os solos lateríticos e não lateríticos
encontram-se na mesma posição em relação à linha “A”, o que não acontece no
Gráfico de Classificação MCT. (Vide Anexo B). Assim, próximo a esta linha, ocorrendo
uma pequena variação na obtenção dos resultados dos ensaios, as classificações USC
e HRB ficam prejudicadas.
Como exemplo, comprovou-se, em um trecho na rua Lino Silva - estaca 7, que através
da Classificação HRB, tem-se um subleito de qualidade excelente a bom (A - 3) e, no ensaio das pastilhas, entretanto, observou-se tratar-se de um solo siltoso de
comportamento não laterítico (NS’), que em obras rodoviárias é de difícil compactação
75
e não são em geral recomendados como camada de estrutura de pavimento. (Godoy e
Bernucci, 2000).
4.1.1.3 Compactação e CBR
Após a coleta das amostras para cada rua, realizou-se o ensaio de Compactação
(DNER-ME 47-64) e do Índice de Suporte Califórnia - CBR (DNER-ME 49-74). Os
resultados obtidos são apresentados no Quadro 9.
RUA ESTACA CBR (%) hótm (%) MEAS (g/cm³)
Maria A, Back 1 18,3 10,4 1,960
Maria A, Back 3 14,3 17,5 1,730
Maria A, Back 6 7,0 16,8 1,720
Maria A, Back 9 8,1 18,5 1,665
Maria A, Back 12 14,9 12,5 1,858
José Matias Zimermann 3 11,0 14,0 1,826
José Matias Zimermann 9 17,3 11,8 1,944
José Matias Zimermann 11 10,7 18,0 1,694
José Kirchner 1 9,7 13,5 1,885
José Kirchner 5 20,9 9,2 2,015
Valtelino Demétrio 3 38,1 10,2 1,956
Valtelino Demétrio 7 33,9 14,4 1,840
Lino Silva 1 17,5 16,2 1,720
Lino Silva 4 10,5 17,0 1,776
Lino Silva 7 18,1 10,0 1,958
Lino Silva 10 18,1 10,0 1,958
Paulo Koester 2 19,1 10,0 2,013
Paulo Koester 4 45,6 9,7 2,000
Quadro 9 - Resultados dos ensaios de laboratório para todas as amostras.
76
Com o objetivo de reduzir o número de curvas de calibração a serem definidas, fez-se
um agrupamento das amostras, baseado em critérios como teor de umidade ótimo, %
passante na peneira nº 200, limites de Atterberg e CBR, para reunir amostras
semelhantes.
Desta seleção, resultaram dois grupos principais de solo. Grupo 1, com CBR de 7 a
11% e umidade ótima ao redor de 17%; e, Grupo 2 com CBR de 16 a 20% e umidade
ótima ao redor e 10%.
Considerando ainda que se estava dentro de uma mesma unidade geotécnica, Cg/Cgn,
duas amostras foram utilizadas para obter as correlações DN x CBR para o
revestimento primário, na área em estudo.
Não foram consideradas amostras com CBR superior a 20% porque, na concepção da
metodologia, adotou-se que o revestimento primário poderia ser no máximo uma
camada de sub-base. Assim se o CBR for superior a 20%, considera-se como CBR
igual 20%.
A amostra característica do Grupo 1 foi Rua Lino Silva - estaca 4 e, do Grupo 2 foi Rua
Paulo Koester - estaca 2.
4.1.1.4 Ensaios para determinação das correlações DN x CBR
• Ensaio de Compactação
Empregou-se a metodologia descrita por Cardoso e Trichês (2000), para expressar a
correlação DN x CBR. Para isto, foram ensaiadas duas amostras características, como
definido anteriormente.
Apresenta-se no Quadro 10 os valores da umidade ótima e da massa específica
aparente seca máxima, obtidos nos ensaios com imersão e sem imersão para as
amostras 1 e 2. (Vide anexo C).
77
AMOSTRA/GRUPO MEAS (g/cm³) h ótm (%)
1 s/imersão 1,710 16,0
1 c/imersão 1,705 16,5
2 s/imersão 2,005 10,0
2 c/imersão 2,000 10,2
Quadro 10 - Resultados dos ensaios de Compactação para as amostras 1 e 2.
• Determinação do Índice de Suporte Califórnia (DNER ME 49-74)
Na seqüência da metodologia Trichês e Cardoso (2000), para cada amostra; rompeu-
se cinco os corpos de prova de acordo com o Método de Ensaio 49-74 do DNER, ou
seja, após quatro dias de imersão e, os outros cinco corpos de prova foram rompidos
sem imersão, logo após a moldagem. (Vide anexo C).
Apresenta-se no Quadro 11 os valores do CBR, obtidos nos ensaios com imersão e
sem imersão para as amostras 1 e 2.
AMOSTRA CBR (%)
1 s/imersão 12,0
1 c/imersão 11,0
2 s/imersão 22,0
2 c/imersão 20,0
Quadro 9 - Resultados dos ensaios de CBR para as amostras 1 e 2.
• Ensaio de Penetração com o DCP
Após a execução do ensaio para determinação do Índice de Suporte Califórnia - CBR,
invertia-se os corpos de prova e realiza-se o ensaio de Penetração DCP.
A Figura 28 ilustra o ensaio de penetração com o Penetrômetro Dinâmico de Cone em
laboratório.
78
Figura 28 – Ensaio de Penetração com o DCP em laboratório.
Os resultados destes ensaios; para os cinco pontos da curva de compactação, para as
amostras 1 e 2, estão apresentados nos Quadros 12, 13, 14 e 15.
AMOSTRA 1 (sem imersão)
Corpo de prova h (%) MEAS (g/cm³) CBR (%) DN (mm/golpe)
1 11,77 1,540 8,0 23,7
2 13,65 1,598 12,0 17,0
3 15,40 1,699 15,0 15,0
4 17,21 1,701 4,0 40,0
5 19,72 1,647 0,8 100,0
Quadro 12 - Resultados dos ensaios de laboratório da amostra 1 em corpos de prova
sem imersão
79
AMOSTRA 1 (com imersão)
Corpo de prova h (%) MEAS (g/cm³) CBR (%) DN (mm/golpe)
1 12,52 1,523 6,0 43,0
2 14,09 1,616 9,8 29,0
3 16,09 1,701 11,0 20,0
4 18,41 1,674 3,0 71,3
5 20,30 1,575 0,9 95,0
Quadro 13 - Resultados dos ensaios de laboratório da amostra 1 em corpos de prova
com imersão.
AMOSTRA 2 (sem imersão)
Corpo de prova h (%) MEAS (g/cm³) CBR (%) DN (mm/golpe)
1 5,65 1,900 11,0 23,3
2 8,04 1,968 17,0 14,3
3 9,99 2,001 22,0 10,6
4 11,60 1,948 15,0 20,0
5 13.,53 1,914 3,0 52,5
Quadro 14 - Resultados dos ensaios de laboratório da amostra 2 em corpos de prova
sem imersão.
AMOSTRA 2 (com imersão)
Corpo de prova h (%) MEAS (g/cm³) CBR (%) DN (mm/golpe)
1 5,68 1,895 3,8 80,0
2 7,85 1,941 10,0 36,0
3 10,27 2,000 20,0 12,0
4 12,40 1,966 6,0 66,0
5 14,03 1,913 1,2 90,0
Quadro 15 - Resultados dos ensaios de laboratório da amostra 2 em corpos de prova
com imersão.
80
4.1.1.5 Correlações obtidas em laboratório
• DN sem imersão / CBR com imersão
Representa a condição em que se faz a determinação do Índice de Penetração - DN no
campo (não imerso), e a capacidade de suporte (CBR) empregada no
dimensionamento (submerso).
As Figuras 29 e 30, apresentam as curvas DN s/imersão x CBR c/imersão dos Grupos
1 e 2, respectivamente.
Figura 29 - Correlação DN s/imersão x CBR c/imersão, obtida para o Grupo 1.
DNs/imersão x CBRc/imersão (Grupo 1)
CBR= 456,63(DN)-1,36
R2 = 1,00
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
DN (mm/golpe)
CB
R (%
)
81
Figura 30 - Correlação DN s/imersão x CBR c/imersão, obtida para o Grupo 2.
A Figura 31 apresenta a curva para todos os pontos dos dois Grupos.
Figura 31 - Correlação DN s/imersão x CBR c/imersão, obtida para os dois Grupos.
DN s/imersão x CBRc/imersão (Grupo 2)
CBR= 1075,34(DN)-1,74
R2 = 0,99
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57
DN (mm/golpe)
CB
R (%
)
DN s/imersão x CBR c/imersão (Amostras 1 e 2)
CBR = 467,20(DN)-1,41
R2 = 0,95
0
3
6
9
12
15
18
21
24
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110DN (mm/golpe)
CBR
(%)
82
4.1.1.6 Comparação com as Correlações Existentes
A Figura 32 mostra a correlação obtida para os dois grupos e, as correlações
existentes na literatura técnica.
Figura 32 - Comparação da correlação obtida, com as correlações existentes entre DN
e CBR.
4.1.1.7 Gráfico DCP
A partir das correlações obtidas, para cada um dos dois Grupos (dimensionamento), foi
traçado um gráfico relacionando o número de golpes acumulados e a profundidade,
onde, através destas duas variáveis, é possível obter diretamente o valor do Índice de
Suporte Califórnia - CBR.
Estes gráficos foram baseados no DCP chart (2000) do Professor Stepan Emery, da
África do Sul.
As Figuras 33 e 34 mostram os gráficos para o dimensionamento da estrutura nesta
região.
DN x CBR
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
5 15 25 35 45 55 65
DN (mm/golpe)
CBR
(%)
Kleyn et. al. - África do Sul
Angelone et. al. - Argentina
Harison - Indonésia
Heyn - Brasil
Trichês e Cardoso - "in situ" -Brasil
Trichês e Cardoso -"dimensionamento" - BrasilOliveira e Vertamatti - Brasil
Trichês e Fontes 2001 - Grupo 1
Trichês e Fontes 2001 - Grupo 2
83
GRÁFICO DCP - GRUPO 1
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Número de golpes
Prof
undi
dade
(mm
)
Cone - 60ºPeso - 8 KgQueda - 575 mm
30
60
80
C Golpes B R Penetração% (mm) 3 201 402 7 108 21610 83 16615 62 12320 50 10025 42 8530 37 7440 27 5560 22 4480 18 36
5 10
CBR
40
Figura 33 – Gráfico DCP para o Grupo 1
84
GRÁFICO DCP - GRUPO 2
-600
-550
-500
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Número de golpes
Prof
undi
dade
(mm
)
Cone - 60ºPeso - 8 KgQueda - 575 mm
20
25
30
60
80
C Golpes B R Penetração% (mm) 3 147 294 7 90 18110 74 14715 58 11720 49 9925 43 8730 39 7840 31 6260 26 5380 22 45
5 10
CBR
40
Figura 34 – Gráfico DCP para o Grupo 2
85
4.1.2 Ensaios de Campo
4.1.2.1 Penetrômetro Dinâmico de Cone
Os resultados dos ensaios de campo foram avaliados com base nos conceitos
propostos por Kleyn (1982) descritos no sub-item 2.7.6. A interpretação destes
resultados permitiu efetuar a verificação do comportamento do subleito e do
revestimento primário “in-situ” e a espessura do revestimento primário existente no
campo.
A Figura 35 ilustra o procedimento do ensaio de Penetração DCP em campo. Em cada
via investigada, longitudinalmente, a cada 100 metros (uma estaca) e transversalmente
em cinco posições ( 1 - eixo; 2 - trilha de roda lado esquerdo; 3 - bordo esquerdo; 4 -
trilha de roda lado direito e 5 - bordo direito), foi realizado o ensaio de Penetração com
o Penetrômetro Dinâmico de Cone. A distância entre cada posição foi de
aproximadamente 1 metro, em média.
Pode-se observar na Figura 35 (bordo direito BD), uma vala de escoamento de água e
esgoto, o que ocorre com muita freqüência em vias urbanas não pavimentadas.
Analisou-se cada seção transversal, avaliando-se a espessura de revestimento
primário existente a ser aproveitada no dimensionamento da estrutura do pavimento e
o respectivo DN.
Para tanto, em cada ponto investigado, traçou-se uma curva DCP, obtendo-se assim o
Índice de Penetração DN e a profundidade de cada camada atravessada, como mostra
a Figura 36. (Vide anexo D).
86
Figura 35 - Procedimento do ensaio DCP em campo, em uma estaca.
87
Figura 36 - Obtenção do DN e espessura do revestimento primário e, DN do solo de fundação.
Na curva da Figura 36, a inclinação das retas representa o Índice de Penetração - DN
(em milímetros por golpe) para a respectiva profundidade. A primeira camada
atravessada é a camada do revestimento primário. A diferença entre as cotas da
primeira reta fornece a profundidade do revestimento primário e a diferença entre as
abscissas, o número de golpes necessários para atingir esta profundidade. Como a
mudança de inclinação das retas indica mudança do tipo de material, a camada
seguinte refere-se ao solo de fundação.
Observa-se, então, na Figura 36, a presença de duas camadas. A primeira camada
(revestimento primário) possui uma espessura h com cerca de 200 mm e DN de 9
mm/golpe. A espessura da segunda camada não pode ser definida devido ao limite da
lança do equipamento. Entretanto, pode-se avaliar o DN, utilizando-se número de
golpes necessários para alcançar a profundidade do último ponto investigado, 450
milímetros, que no caso é 32 mm/golpe.
D N x T eo r d e U m id ad e d e cam p o
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40D N (m m /golpe)
Teor
de
Um
idad
e (%
)
G rupo 1G rupo 2
88
4.1.2.2 Teor de Umidade
Realizou-se, a verificação do teor de umidade de campo, em duas posições aleatórias
em cada estaca. O Quadro 16 fornece a média dos teores de umidade de campo nas
ruas investigadas.
GRUPO 1 GRUPO 2
RUA TEOR DE
UMIDADE
MÉDIO (%)
DESVIO
PADRÃO
TEOR DE
UMIDADE
MÉDIO (%)
DESVIO
PADRÃO
Maria Back 15,82 3,49 7,42 1,45
José Matias Zimermann 16,35 1,83 9,89 1,51
José Kirchner 15,92 3,28 11,26 4,06
Valtelino Demétrio - - 6,72 1,63
Lino Silva 16,58 3,24 10,09 0,63
Paulo Koester - - 7,89 1,61
Quadro 16 - Teores médios de umidade de campo, por rua.
O Quadro 17 fornece a média dos teores de umidade de campo por grupo.
GRUPO TEOR DE UMIDADE
MÉDIO (%)
DESVIO
PADRÃO
1 16,25 2,98
2 8,61 2,39
Quadro 17 - Teores médios de umidade de campo, por grupo.
4.1.2.3 Grau de Compactação
Realizou-se, a verificação do grau de compactação das ruas investigadas através da
determinação da massa específica aparente seca (MEAS) “in-situ” através do Método
do Frasco de areia, em duas posições aleatórias em cada estaca.
O objetivo foi de comparar a compactação propiciada pelo tráfego, com a compactação
referente à energia do Proctor Normal.
89
A Figura 37 ilustra a determinação da MEAS através do Método do Frasco de Areia e
em primeiro plano, observa-se a execução do ensaio DCP.
Figura 37 - Determinação da MEAS, através do Método do Frasco de Areia.
Apresenta-se no Quadro 18, o Grau de Compactação do revestimento primário nas
ruas investigadas.
RUA GRAU DE
COMPACTAÇÃO (%)
DESVIO
PADRÃO
Nº
ENSAIOS
Maria Back 102,0 11,92 8
José Matias
Zimermann 101,9 2,01 9
José Kirchner 98,0 13,54 2
Valtelino Demétrio 105,3 11,45 2
Lino Silva 103,5 9,38 10
Paulo Koester 98,0 9,80 2
Quadro 18 - Grau de Compactação de campo.
90
4.1.2.4 Definição do CBR de projeto do revestimento primário
O CBR de projeto é definido a partir das curvas DN x CBR. É necessário para tanto,
definir-se, inicialmente, qual o valor de DN de campo em cada ponto avaliado (3 a 5 por
estaca). Com o valor de DN, entra-se na curva de correlação e, determina-se o CBR no
ponto ensaiado.
Com os valores obtidos em cada ponto, fez-se um tratamento estatístico, definindo-se o
CBR de projeto. Ocorre que não é possível aceitar qualquer valor de DN de campo,
pois os mesmos sofrem influência do teor de umidade.
A primeira tentativa para definir o DN de campo, ou DN de projeto, e a espessura (h)
do revestimento primário em campo foi feita através da análise estatística de todos os
dados coletados e determinados. Entretanto, não foi possível empregar esta
metodologia porque muitos dos valores da umidade higroscópica determinada em
campo estavam abaixo de dois pontos percentuais em relação à umidade ótima
determinada em laboratório a partir do Ensaio de Compactação (Energia do Proctor
Normal).
Na segunda tentativa, procedeu-se à análise estatística dos dados, mas
desconsiderando-se a contribuição dos pontos centrais (eixo), onde a consolidação
proporcionada pelo tráfego é maior e poderia afetar o valor do DN de campo e
conseqüentemente, fornecer um valor de CBR majorado. Concluiu-se não ser este o
fator gerador do “erro”.
Kleyn (1982), quando realizou pesquisa em restauração de pavimentos aproveitando o
material “in situ”, enfatizou que o perfil de resistência “in situ” ao ser avaliado contra o
perfil de resistência de dimensionamento é sensível à relação entre o regime de
umidade de pesquisa e a umidade de serviço do pavimento. Para isto, sugeriu
percentagens a serem utilizadas no perfil de resistência em função das condições de
umidade dos materiais “in situ”.
91
Considerando-se que, no caso de restauração de pavimentos, é provável que o teor de
umidade encontrado no campo seja próximo ou em torno do teor de umidade ótimo e,
considerando ainda que os materiais foram, na época da construção, compactados no
teor ótimo, o revestimento flexível contribuiria para a manutenção nas camadas
inferiores destes teores de umidade. Entendeu-se não ser esta a mesma situação
encontrada em vias a serem pavimentadas.
Estabeleceu-se por fim, definir o DN de campo a partir da representação de um gráfico
cartesiano, onde se indicou nas abscissas os valores de DN encontrados em campo e
nas ordenadas, seus respectivos teores de umidade. O ponto central, correspondente
ao eixo, não foi plotado, pois, como foi visto anteriormente, a densificação neste local é
mais elevada e, por conseguinte, apresenta um valor de DN muito baixo em relação
aos bordos. A Figura 38 mostra o gráfico DN de campo x Teor de Umidade de campo.
Figura 38 - DN de campo x Teor de Umidade de campo.
A partir deste gráfico, os limites aceitáveis de DN são definidos segundo os seguintes
critérios:
DN x Teor de Umidade de campo
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40DN (mm/golpe)
Teor
de
Um
idad
e (%
)
Grupo 1Grupo 2
92
a) Estar dentro dos limites ±2% em relação à umidade ótima
No gráfico da Figura 38, traça-se o intervalo correspondente a ±2% em relação à
umidade ótima para cada Grupo. Os intervalos dos teores de umidade são
{14,5;18,5%} e {8,2;12,2%}, para os Grupos 1 e 2, respectivamente.
A Figura 39 mostra os limites de umidade para os dois Grupos. Ela ilustra já uma certa
seleção dos DN’s que devem ser aproveitados para o cálculo do CBR de projeto.
Figura 39 - Intervalos limites de umidade, para os dois Grupos.
Através das curvas de compactação e de CBR com imersão com os limites, mostrados
na Figura 40, pode-se observar que para o Grupo 1, com este critério, aceita-se uma
variação do Grau de Compactação entre 96 e 98% e, valores de CBR até de 3%; o que
seria impróprio.
DN x Teor de Umidade de campo
02468
101214161820222426
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39DN (mm/golpe)
Teor
de
Um
idad
e (%
)
Grupo 1Grupo 2
Int ervalo hót m = 16,5± 2%
Int ervalo hót m = 10,2± 2%
93
Figura 40 - Verificação do critério de teor de umidade para DN’s aceitáveis de campo,
através das curvas de Compactação e CBR, para o Grupo 1.
Para o Grupo 2, com este critério, aceita-se uma variação do Grau de Compactação
entre 97,5 e 98,5% e, valores de CBR até de 7%, como pode ser visto na Figura 41.
Curva de Compactação (Grupo 1 - com imersão)
1,501,521,541,561,581,601,621,641,661,681,701,72
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Teor de Umidade (%)
ME
AS
(g/c
m³)
Curva de CBR (Grupo 1 - com imersão)
0123456789
101112
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Teor de Umidade
CB
R (%
)
94
Figura 41 - Verificação do critério de teor de umidade para DN’s aceitáveis de campo,
através das curvas de Compactação e CBR, para o Grupo 2.
Desta forma, mesmo dentro do intervalo de ± 2% de umidade ótima, há necessidade de
limitar o DN de campo, limitando assim, valores mínimos de CBR aceitáveis de campo.
b) Limite de até 40% na diminuição do CBR
Este critério é avaliado através das curvas de correlação DN x CBR, obtidas em
laboratório para cada Grupo.
Curva de Compactação (Grupo 2 com imersão)
1,880
1,900
1,920
1,940
1,960
1,980
2,000
2,020
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Teor de Umidade (%)
ME
AS
(g/c
m³)
Curva de CBR (Grupo 2 com imersão)
02468
10121416182022
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Tero de Umidade (%)
CB
R (%
)
95
A Figura 42 mostra que, para o Grupo 1 o critério de diminuição de até 40% no valor do
CBR, os DN’s aceitáveis de campo estariam dentro do intervalo de valores entre 15 e
24 mm/golpe.
Figura 42 - Limites de DN para diminuição de até 40% do valor do CBR, para o Grupo 1.
Por sua vez, a Figura 43 mostra que, para este critério, os DN’s aceitáveis de campo
estariam dentro do intervalo de valores entre 10 e 14 mm/golpe, para o Grupo 2.
DNs/imersão x CBRc/imersão (Grupo 1)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
DN (mm/golpe)
CB
R (%
)
96
Figura 43 - Limites de DN para diminuição de até 40% do valor do CBR, para o Grupo 2.
c) Limites dos valores de DN a partir da curva DN x h de laboratório
A partir deste critério, define-se os limites de DN’s aceitáveis de campo a partir da
curva DN sem imersão x teor de umidade de laboratório, mostrada na Figura 44. Traça-
se no eixo dos teores de umidade, o intervalo de umidade ótima (±2), anteriormente
definido, até a curva e, tem-se os limites de DN’s aceitáveis de campo.
Figura 44 - Limites de DN’s através do critério da curva DN x h de laboratório.
DN s/imersão x CBRc/imersão (Grupo 2)
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57
DN (mm/golpe)
CB
R (%
)
DNs/imersão x Teor de Umidade (Grupo 1)
02468
10121416182022
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
DN (mm/golpe)
Teor
de
Um
idad
e (%
)
DNs/imersão x Teor de Umidade (Grupo 2)
02468
10121416
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
DN (mm/golpe)
Teor
de
Um
idad
e (%
)
97
Neste critério, para o Grupo 1, admite-se o intervalo de DN’s entre 15 e 63 mm/golpe e,
para o Grupo 2, admite-se o intervalo entre10 e 25 mm/golpe.
Assim, a partir da combinação destes três critérios, é possível então, definir os valores
de DN’s que seriam aceitos em campo para definição do CBR de projeto. A Figura 45,
mostra o intervalo de DN’s aceitáveis de campo, definidos a partir dos três critérios.
Figura 45 - Intervalo de DN’s aceitáveis de campo.
Na Figura 45, para o Grupo 1 e dentro do intervalo de umidade ótima, valores de DN
acima de 24 mm/golpe, indicam uma má compactação do revestimento primário e
portanto, não são aceitos para a definição do CBR de projeto. Valores inferiores a 15
mm/golpe, significa que o material do revestimento primário está compactado com
energia superior à do Proctor Normal e portanto, poderiam ser aceitos para definição
de CBR de projeto.
Ainda na Figura 45, para o Grupo 2, valores de DN acima de 14 mm/golpe, indicam
uma má compactação do revestimento primário e portanto, não aceitos para a definição
do CBR de projeto. Valores inferiores a 10 mm/golpe, indicam que o material do
revestimento primário está compactado com energia superior à do Proctor Normal e
portanto, poderiam ser aceitos para definição de CBR de projeto.
DN x Teor de Umidade de campo
02468
101214161820222426
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39DN (mm/golpe)
Teor
de
Um
idad
e (%
)
Grupo 1Grupo 2
Int ervalo hót m = 16,5± 2%
Int ervalo hót m = 10,2± 2%
98
Assim, a partir destes valores de DN’s aceitáveis e, para cada um destes valores,
utilizam-se as correlações DN x CBR obtidas para cada Grupo (sub-item 4.1.1.5) e
definem-se os respectivos valores de CBR. (Vide anexo E).
Com estes valores, determina-se o CBR de projeto do revestimento primário (CBRrev)
através da equação 7.
CBRrev = CBR - 1,29 x Sd - 0,68Sd Eq. (7)
onde:
CBRrev = CBR de projeto do revestimento primário;
CBR = CBR médio;
Sd = Desvio Padrão;
N = Nº de amostras.
Realizou-se o tratamento estatístico dos dados (vide anexo E) e obtiveram-se os
valores de CBR de projeto para o revestimento primário, mostrado no Quadro 19.
GRUPO CBR de projeto (%)
1 8,0
2 16,0
Quadro 19 - Valores de CBR de projeto do revestimento primário.
Definido CBR de projeto é possível delimitar em cada seção transversal da via, a região
que se encontra adequadamente compactada. Para tanto, define-se na curva DN x
CBR, qual o DN de referência para o CBR de projeto.
A Figura 46, mostra cinco determinações do DN de uma seção transversal na rua Lino
Silva, cujo material do revestimento primário é do Grupo 2, e o CBR de projeto é
16,0%.
N
99
Figura 46 - Resultados do ensaio DCP em campo, em uma estaca, na rua Lino Silva.
100
A Figura 47 mostra como se determina o DN de referência para esta rua.
Figura 47 - DN de referência para CBR de projeto igual a 16%.
Assim, pode ser visto na Figura 46 que, o bordo direito apresenta um DN de 17,5
mm/golpe e, portanto, muito acima do DN de referência de 11 mm/golpe, indicando má
compactação ou excesso de umidade nesta região, o que pode ser explicado pela
presença de água no bordo (vala de água pluvial e/ou esgoto). Desta forma, esta
região deverá ser escarificada e recompactada, de forma que se atinja um CBR de
16,0%.
Observa-se na Figura 46, que no eixo o valor de DN é baixo (4,5 mm/golpe), indicando
que a camada de revestimento primário está com um alto grau de densificação pela
atuação do tráfego neste local. Daí o porque se retirou da análise estatística efetuada
para o cálculo do CBR de projeto, os valores dos DN’s obtidos no eixo.
Nas trilhas de roda, locais de atuação constante do tráfego, encontram-se valores de
DN baixos, que indicam uma boa compactação. Observa-se então na Figura 46, que as
trilhas de roda normalmente definem até onde a camada de revestimento primário está
consolidada.
DN s/imersão x CBR c/imersão (Grupo 2)
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57
DN (mm/golpe)
CBR
(%)
11
101
4.1.3 Definição da Espessura de Projeto do Revestimento Primário
Inicialmente, em cada ponto ensaiado com o DCP, definiu-se a espessura do
revestimento primário como mostrado na Figura 36.
No procedimento desenvolvido, considerou-se que a espessura do revestimento
primário existente na via urbana, só poderá ser definida após a conclusão do projeto
geométrico. Isto porque, em pontos onde houver corte, a espessura será diminuída.
Após a determinação das espessuras de campo em cada ponto ensaiado, calculou-se
a espessura do revestimento primário de projeto para cada rua (Vide anexo E),
segundo a equação (8).
O valor da espessura de projeto (h) do revestimento primário, corresponde a:
h = h - 1,29 x Sd - 0,68Sd Eq. (8)
onde:
h = espessura de projeto do revestimento primário, da rua;
h = espessura média do revestimento primário da rua;
Sd = Desvio Padrão;
N = Nº de amostras.
Os valores das espessuras de projeto do revestimento primário são apresentadas no
Quadro 20.
N
102
RUA ESPESSURA DE
PROJETO (CM)
DESVIO
PADRÃO
MÉDIA
Maria Back 14,0 5,89 19,05
José Matias Zimermann 17,5 6,62 23,63
José Kirchner 13,0 5,77 17,63
Valtelino Demétrio 20,0 5,59 25,26
Lino Silva 12,5 5,29 16,92
Paulo Koester 12,0 4,78 16,56
Quadro 20 - Espessuras de projeto do revestimento primário.
4.1.4 Definição do CBR do Solo de Fundação
Através da Curva DCP obtida no ensaio de penetração com o Penetrômetro Dinâmico
de Cone - DCP foi determinado o Índice de Penetração - DN para o revestimento
primário (primeira camada). Na mesma curva, determinou-se o Índice de Penetração -
DN da camada inferior, o solo de fundação, mas com o limite de espessura de 800
milímetros (comprimento da lança do equipamento DCP).
Com os valores de DN, obteve-se o CBR do solo de fundação, através da curva de
dimensionamento obtida por Trichês e Cardoso (1998).
O valor do CBR de projeto do solo de fundação (CBRp) é apresentado no Quadro 21.
CBR Desvio Padrão CBRp
6,38 1,67 5,0
Quadro 21 - CBR de projeto do solo de fundação.
103
4.1.5 Dimensionamento das Estruturas
Através do conhecimento da capacidade de suporte do solo de fundação e, capacidade
de suporte e espessura do revestimento primário, já definidos anteriormente,
dimensionou-se as estruturas dos pavimentos das ruas.
Considerou-se dois níveis de tráfego: N 105 para vias secundárias e N 106 para
vias principais do bairro, mostradas no Quadro 22.
RUA N
Maria Back 106
Lino Silva 106
José Matias
Zimermann 106
Valtelino Demétrio 105
Paulo Koester 105
José Kirchner 105
Quadro 22 - Níveis de tráfego considerado para as ruas.
No dimensionamento, utilizou-se o Método de Dimensionamento de Pavimentos
Flexíveis DNER/1979.
A seguir apresenta-se as seqüências de cálculo de dimensionamento para uma rua de
cada Grupo. Para as outras ruas, apresentou-se apenas a estrutura dimensionada.
Dimensionou-se para o Grupo 1, o trecho da rua Lino Silva e, para o Grupo 2, o trecho
da rua Paulo Koester.
104
Nesta metodologia, utilizou-se uma legenda padrão para as estruturas dimensionadas,
como mostra a Figura 48.
Figura 48 - Legenda padrão para as estruturas dimensionadas.
4.1.5.1 Trecho da rua Lino Silva (Grupo 1) a) Dados de entrada
CBRrev - Índice de Suporte Califórnia de projeto do revestimento primário = 8,0%
h - espessura de projeto do revestimento primário = 12,5 cm
CBRp - Índice de Suporte Califórnia de projeto do solo de fundação = 5,0%
N - Número de repetições do eixo simples padrão de projeto = 106
b) Cálculo da espessura total de pavimento, Ht
A espessura total Ht do pavimento, em termos de material granular, com coeficiente de
equivalência estrutural K = 1, é dada pela equação (3).
Ht = 77,67 x Np0,0482 x CBRp-0,598 Eq. (3)
Ht = 58,0 cm.
105
c) Aproveitamento da espessura do material consolidado no dimensionamento
Em campo, o revestimento primário tem uma espessura h de 12,5 centímetros e
apresenta um valor de CBRrev de 8,0%. Com os dados do revestimento primário,
calculou-se Ht’ (espessura total do pavimento para proteger a camada de revestimento
primário com CBRrev), através da equação (3).
Ht’ = 44,0 cm.
A Figura 49, mostra a espessura total do pavimento necessária para proteger o
revestimento primário com capacidade de suporte igual a 8,0%.
Figura 49 - Espessura total de pavimento necessária para proteger o revestimento
primário com CBRrev igual a 8,0%.
De acordo com a metodologia de dimensionamento, tem-se que a espessura da
camada de reforço, Href, é dada pela equação (4), como mostrou a Figura 49.
106
Href = Ht – Ht’ Eq. (4)
Href = 14,0 cm.
Assim, Href seria a camada de reforço do solo de fundação que o revestimento
primário deveria apresentar, para que o dimensionamento das camadas de sub-base,
base e revestimento, pudesse ser feito a partir da espessura Ht’.
Entretanto, o revestimento primário tem uma espessura h de apenas 12,5 cm e não
atende a espessura de reforço calculada pela equação (4). Portanto, Ht’ tem que ser
redimensionada.
d) Redimensionamento de Ht’ (quando h < Href)
De acordo com a hipótese de dimensionamento, Ht’’, é a espessura total de pavimento
necessária para proteger o revestimento primário com espessura de 12,5 cm, porém,
com um CBR estimado (CBRest) menor. A espessura Ht “ é dada pela equação (5).
Ht‘’ = Ht - h. Eq. (5)
Ht’’ = 45,5 cm.
Partindo-se com os dados na equação (3) na ordem inversa, temos o valor do CBRest.
- 1/ 0,598
CBRest = Ht’’
77,67 x Np 0,0482 Eq. (6)
CBRest = 7,4%.
Assim, a estrutura a ser dimensionada, é a mostrada na Figura 50.
107
Figura 50 - Estrutura a ser dimensionada, com CBRest igual a 7,4%.
Através do Método de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis DNER/1979,
chegou-se à estrutura mostrada na Figura 51.
Figura 51 - Estrutura de pavimento dimensionada para o trecho da rua Lino Silva
(Grupo 1).
108
4.1.5.2 Trecho da rua Paulo Koester (Grupo 2)
a) Dados de entrada
CBRrev - Índice de Suporte Califórnia de projeto do revestimento primário = 16,0%
h - espessura de projeto do revestimento primário = 12,0 cm
CBRp - Índice de Suporte Califórnia de projeto do solo de fundação = 5,0%
N - Número de repetições do eixo simples padrão de projeto = 105
b) Cálculo da espessura total de pavimento, Ht
Ht = 52,0 cm.
c) Aproveitamento da espessura do material consolidado no dimensionamento
Em campo, o revestimento primário tem uma espessura h de 12,0 centímetros e
apresenta um valor de CBRrev de 16,0%. Assim, Ht’, espessura total do pavimento
para proteger a camada de revestimento primário é:
Ht’ = 26,0 cm.
A Figura 52, mostra a espessura total do pavimento necessária para proteger o
revestimento primário com capacidade de suporte igual a 16,0%.
109
Figura 52 - Espessura total de pavimento necessária para proteger o revestimento
primário com CBRrev igual a 16,0%.
De acordo com a metodologia de dimensionamento, tem-se que a espessura da
camada de reforço, Href, é dada pela equação (4), como mostrou a Figura 52.
Href = 26,0 cm.
Assim, Href seria a camada de reforço do solo de fundação que o revestimento
primário deveria apresentar, para que o dimensionamento das camadas de sub-base,
base e revestimento, pudesse ser feito a partir da espessura Ht’.
Entretanto, o revestimento primário tem uma espessura h de apenas 12,0 cm. Tem-se
então que h do revestimento primário não atende a espessura de reforço calculada
pela equação (3) e, Ht’ tem que ser redimensionada.
d) Redimensionamento de Ht’ (quando h < Href)
A espessura Ht’’ é dada pela equação (5).
110
Ht’’ = 40,0 cm.
Partindo-se com os dados na equação (3) na ordem inversa, temos o valor do CBRest.
CBRest = 7,7%.
Assim, a estrutura a ser dimensionada, é a mostrada na Figura 53.
Figura 53 - Estrutura a ser dimensionada, com CBRest igual a 7,7%.
Através do Método de Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis DNER/1979,
chegou-se à estrutura mostrada na Figura 54.
111
Figura 54 - Estrutura de pavimento dimensionada para o trecho da rua Paulo Koester
(Grupo 2).
O Quadro 23 apresenta as convenções adotadas no dimensionamento das estruturas.
Quadro 23 - Convenções adotadas no Dimensionamento.
O Quadro 24 apresenta as estruturas do pavimento para as demais ruas do bairro.
112
ESTRUTURA DO PAVIMENTO RUA GRUPO ESTACA a ESTACA N CBRrev
(%)
Espessura Revestimento primário (cm) CAPA (cm) BASE (cm) SUB-BASE
(cm) Maria Back 1 03 09 106 8,0 14,0 5,0 15,0 19,0
José Matias Z. 1 0PP 11
04 13 106 8,0 17,5 5,0 15,0 19,0
José Kirchner 1 0PP 03 105 8,0 13,0 4,0 15,0 16,0
Lino Silva 1 0PP 05 106 8,0 12,5 5,0 15,0 21,0
Maria Back 2 0PP 09
03 13 106 16,0 14,0 5,0 15,0 19,0
José Matias Z. 2 04 11 106 16,0 17,5 5,0 15,0 16,0
José Kirchner 2 03 05 105 16,0 13,0 4,0 15,0 16,0
Valtelino Dem. 2 0PP 07 105 16,0 20,0 4,0 15,0 15,0
Lino Silva 2 05 13 106 16,0 12,5 5,0 15,0 21,0
Paulo Koester 2 0PP 05 105 16,0 12,0 4,0 15,0 17,0
Quadro 24 - Estruturas do pavimento para as ruas do bairro.
113
O Quadro 25 fornece os valores que, a partir destes CBR’s do solo de fundação e destes CBR’s do revestimento primário, a
espessura do revestimento primário precisa ser de apenas 10,0 centímetros para que o dimensionamento da estrutura possa
ser feito a partir de Ht’ (espessura total do pavimento para proteger o revestimento primário com CBR igual a CBRrev).
105 106
CBRp (%) CBRrev(%) Ht (cm) Ht’(cm) Href (cm) CBRp (%) CBRrev(%) Ht (cm) Ht’(cm) Href (cm)
7,0 10,0 42,0 34,0 8,0 7,0 10,0 47,0 38,0 9,0
7,0 11,0 42,0 32,0 10,0 8,0 11,0 44,0 36,0 8,0
8,0 12,0 39,0 31,0 8,0 8,0 12,0 44,0 34,0 9,0
8,0 13,0 39,0 29,0 10,0 9,0 13,0 41,0 33,0 8,0
9,0 14,0 36,0 28,0 8,0 9,0 14,0 41,0 31,0 9,0
9,0 15,0 36,0 27,0 10,0 10,0 15,0 38,0 30,0 8,0
10,0 16,0 34,0 26,0 8,0 10,0 16,0 38,0 29,0 9,0
10,0 17,0 34,0 25,0 9,0 11,0, 17,0 36,0 28,0 8,0
11,0, 18,0 32,0 24,0 8,0 11,0 18,0 36,0 27,0 9,0
11,0 19,0 32,0 23,0 9,0 11,0 19,0 36,0 26,0 10,0
11,0 20,0 32,0 23,0 10,0 12,0 20,0 34,0 25,0 9,0
Quadro 25 - Dimensionamento a partir de Ht’, com h igual a 10,0 centímetros.
114
4.1.6 Controle da Regularização da Camada de Revestimento Primário
O controle da regularização da camada de revestimento primário com o uso de
equipamento DCP é feito nos locais de aterro ou recompactação na via. As avaliações
devem ser feitas nas futuras trilhas de roda, ou a 1 metro do meio-fio.
Em cada ensaio, recomenda-se que a lança alcance pelo menos 40 centímetros de
profundidade para melhor visualização da homogeneidade da compactação do
revestimento primário, nos locais de reconformação.
Pode-se obter neste controle, três principais curvas típicas DCP como ilustra a Figura
55.
Figura 55 - Curvas DCP típicas em ensaios de campo.
As curvas da Figura 55 permitem visualizar a compactação das camadas e são
interpretadas da seguinte forma:
• Curva 1 - indica que há homogeneidade da compactação com a profundidade, ou
seja, há um eficiente controle de compactação;
• Curva 2 - indica que a parte superior da camada está com um Grau de Compactação
superior ao da parte inferior. Isto se deve a fatores que podem ser: a camada a ser
compactada é muito espessa, o equipamento de compactação utilizado é inadequado
ou não está sendo eficiente;
Curva DCP - 1
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
00 5 10 15
número de golpes acumulados
prof
undi
dade
(mm
)
Curva DCP - 2
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
00 10 20 30 40número de golpes acumulados
Prof
undi
dade
(mm
)
C urva D C P - 3
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
00 10 20 30número de golpes acumulados
115
• Curva 3 - indica que a parte superior da camada está com um Grau de Compactação
menor que a parte inferior, mostrando a necessidade de recompactação da camada.
4.1.6.1 Critérios para aceitação dos trechos recompactados ou substituídos
O critério para aceitação do trecho da via que foi recompactado ou substituído por
material de igual ou superior capacidade de suporte especificada em projeto, em
função do DN de referência (obtido na curva de calibração do solo e o CBR de projeto
do revestimento primário), pode ser estabelecido de acordo com a importância da via e
do risco de insucesso que se admite correr. Entretanto, o critério definido contempla os
aspectos relacionados com os valores individuais e outro com o conjunto de valores.
Recomendam-se os seguintes critérios:
• Valores Individuais: devem ser iguais ou menores que o DN de referência, podendo-
se aceitar pontos localizados com um coeficiente de variação de até 20%, ou seja, o
DN máximo admissível é igual ao DN de referência + 0,2 DN de referência.
• Conjunto de Valores: aplica-se o critério do 15 percentil, isto é, em um segmento (no
caso desta dissertação refere-se a cada rua), apenas 15% dos valores individuais
podem ser maiores que o DN de referência.
• DN Individual Maior que DN de referência: nesta situação, o material deve ser
escarificado e recompactado na região de influência do ponto localizado.
• DN Individual Maior que DN de referência, Porém Menor que DN máximo: nesta
situação, quando mais que 15% dos valores forem maiores que o DN de referência, o
material será recompactado nas estacas onde os valores de DN forem maiores que o
DN de referência.
Após estas correções, o trecho ou os pontos localizados, devem ser reensaiados e,
liberados após atender o critério estabelecido.
116
A Figura 56 mostra a aplicação do controle na rua José Matias Zimermann. O
revestimento primário desta rua é do Grupo 1 entre as estaca 0PP a 4 e 11 a 13 e, do
Grupo 2 entre as estacas 4 a 11. Para o Grupo 1, o DN de referência é de 19,6
mm/golpe e para o Grupo 2, o DN de referência é de 11,0 mm/golpe.
Figura 56 - Controle da regularização da camada final do revestimento primário, na rua
José Matias Zimenrmann, nas futuras trilhas de roda.
Para o trecho do Grupo 1, na trilha de roda lado esquerdo (TR - LE), tem-se um valor
acima de DNmáx (DNref + 0,2 DNref), ou seja, de 23,5 mm/golpe e dois pontos entre
DNref e Dnmáx.
Nas trilhas de roda lado esquerdo, segundo os critérios definidos, tem-se que
recompactar nas estacas 3 e 12 e escarificar e recompactar na estaca 11
(aproximadamente 50 metros para cada lado).
Para a trilha de roda do lado direito (TR - LD), tem-se que recompactar nas estacas 4,
8, 10 e 12 e escarificar e recompactar na estaca 11.
Índice de Penetração (DN) - TR - LE
0
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Estaqueamento
DN
(mm
/gol
pe)
G - 2 -DN de referência = 11.0 mm/golpeG - 1 -DN de referência = 19,6 mm/golpe
Índice de Penetração (DN) - TR - LD
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Estaqueamento
DN
(mm
/gol
pe)
G - 2 -DN de referência = 11.0 mm/golpeG - 1 -DN de referência = 19,6 mm/golpe
117
118
4.2 MAPEAMENTO GEOTÉCNICO
4.2.1 Introdução
Realizou-se, nesta dissertação, o mapeamento geotécnico para a área estudada, com
o objetivo de demonstrar que, se no município existir outra unidade geotécnica como a
descrita, as correlações obtidas na região investigada poderiam ser utilizadas, sem a
necessidade de repetir-se os ensaios.
O mapeamento geotécnico da região do Sertão do Imaruim procedeu-se seguindo a
metodologia Davison Dias (1995).
4.2.2 Dados Geológicos
Os dados geológicos obtidos no DNPM11 foram sob a forma de mapa na escala
1:100.000 (Vide Quadro A.5, anexo A) acompanhado de um relatório, o qual serviu de
fonte para detalhar a geologia local.
Descreveu-se a Geologia Regional ocorrente no município de São José:
Após a ocorrência de inúmeros eventos geotectônicos superpostos, resultou a
conformação geológica existente hoje no Estado de Santa Catarina, sendo que os mais
antigos remontam o Arqueano e se insere na porção leste, onde está a área estudada,
e recebeu as denominações. Carvalho e Pinto (1938) denominaram de Complexo
Brasileiro; Almeida (1981), de Província Mantiqueira do Escudo Atlântico e Silva (1983),
de Escudo Catarinense.
De acordo com Basei (1985), a compartimentação tectônica da porção sul da Província
da Mantiqueira, no Escudo Catarinense, envolve duas unidades tectônicas maiores:
Cráton de La Plata e Cinturão Dom Feliciano, este último, de interesse desta pesquisa.
11 DNPM – Departamento Nacional de Produção Mineral.
119
O Cinturão Dom Feliciano corresponde a uma unidade do período Protezóico Superior
caracterizada por metamorfismo, deformação, geração de rochas e retrabalhamento de
terrenos mais antigos. Este cinturão apresenta uma compartimentação tectônica em
três Domínios que são o Domínio Interno, o Intermediário e o Externo. São José está
inserida no Domínio Interno, onde predominam migmatitos e granitóides deformados,
cortados por suítes intrusivas graníticas, que são a Suíte Granitóide São Pedro de
Alcântara e Suíte Plutono-Vulcânica Pedras Grandes (também denominada de
Complexo Águas Mornas).
Silva (1987) adota a denominação Complexo Tabuleiro para as rochas granito-
gnáissicas e migmáticas do Escudo Catarinense e que fazem parte do Domínio Interno
do Cinturão Dom Feliciano (Basei, 1985) ou do Cráton de Itapema (Silva, 1987).
No município de São José, afloram uma complexidade de tipos geológicos, o que
resultou hoje na diversidade de solos encontrada. Esta vasta geologia, resultado da
superposição de vários eventos geotectônicos, se verifica em duas grandes unidades
geotectônicas invadidas por corpos graníticos e granitóides denominados Complexo
Migmático e Rochas Granitóides.
No Complexo Migmático, as relações de contato entre os granitóides e os migmatitos e
gnaisses do Complexo são gradacionais, por falha ou, caracteristicamente, de intrusão.
As litologias características são de diatexitos12, metatexistos13, gnaisses e granitóides
porfiríticos14 ou não. Ocorrem ainda expressivos corpos de dioritos
A unidade geológica foi identificada como se descreve: predomina migmatitos e
granitóides deformados cortados pela Suite Granitóide de São Pedro de Alcântara,
composta por monzogranitos dominantes. Afloram granitos, dioritos e gnaisses.
12 Diatexistos – migmatitos resultantes da fusão completa ou quase completa em que as partes fundidas e não fundidas, não são mais distinguíveis. 13 Metatexistos – migmatitos resultantes da fusão parcial incipinete, em que as partes fundidas e não fundidas, podem ser distinguidas petrograficamente. 14 Granitóides porfiríticos – corpos granitóides, de composição variando de granito, granodiorito, quartzo monzonito e quartzo diorito, que apresentam contatos gradativos ou por falha com o complexo migmático.
120
4.2.3 Dados Pedológicos
Os dados pedológicos foram obtidos sob a forma de mapa na escala 1: 100.000, no
IBGE15, através do Programa Gerenciamento Costeiro. Na unidade pedológica
predomina a combinação das classes de solos, Cambissolo álico, com argila de
atividade baixa e horizonte A moderado, argiloso a médio, característicos de relevo
fortemente ondulado e montanhoso; associado a Podzólico-Vermelho-Amarelo álico,
com argila de atividade baixa e horizonte A moderado, argiloso a médio-argiloso. (Vide
Quadro A.6, anexo A).
4.2.4 Sobreposição dos Mapas Pedológico e Geológico
A sobreposição dos mapas geológico e pedológico (Quadros A.5 e A.6, anexo A),
trouxe como resultado a associação: Solos PVa 17 + Ca 29 + Ca 8 com substrato γms,
onde:
- PVa 17 - Podzólico-Vermelho-Amarelo álico Tb, A moderado, textura médio argilosa
pouco cascalhenta + Cambissolo álico Tb, A moderado e proeminente, textura argilosa
pouco cascalhenta, relevo forte ondulado;
- Ca 29 - Cambissolo álico Tb, A moderado e proeminente, textura argilosa pouco
cascalhenta + Podzólico-Vermelho-Amarelo álico Tb A moderado, textura médio
argilosa pouco cascalhenta, relevo montanhoso e forte ondulado;
- Ca 8 - Cambissolo álico Tb, A moderado e proeminente, textura argilosa e média,
relevo suave ondulado e plano; e
- γms - Granito São Pedro de Alcântara - Monzogranitos (dominantes), sienogranitos e
quartzo-monzonitos mesocráticos de coloração cinza-escuro, porfiríticos com
fenocristais de feldspato esbranquiçado em matriz grossa. Enclaves de tonalito e
granodiorito entre as bordas.
15 IBGE – Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística.
121
4.2.5 Reconhecimento de Campo
Após a sobreposição dos mapas geológico e pedológico, foi realizado em campo o
reconhecimento dos tipos de solos e substrato rochoso estimado no item 4.2.4. Nos
perfis de campo foram identificadas rochas gnáissicas com pouca alteração, fraturas
verticais e bandeamento visual em plano paralelo. As mais comuns possuem bandas
félsicas compostas por quartzo e feldspato alternadas com bandas máficas compostas
por micáceas e anfibólicas. O horizonte C do gnaisse apresentou porções básicas
(dioríticas) gradando para uma porção granítica mais homogênea. O horizonte C da
rocha diorítica apresentou ausência de material granular tamanho areia, e presença do
tamanho argila com veios de material granítico. O relevo apresentou conformação
montanhosa e fortemente ondulada. (Vide Quadro A.4, anexo A)
4.2.6 Análise de Laboratório
O solo da jazida encontrada na região foi classificado através da Classificação MCT. O
Quadro 26 apresenta os resultados.
Local Tipo Classificação MCT
Horizonte C do diorito argiloso NG’
Horizonte C do gnaisse arenoso NA’
Horizonte C do granito arenoso NA’
Horizonte C com inclusão argiloso NG’
Quadro 26 - Resultados da Classificação MCT para a jazida de solos da região.
Conforme se pode constatar, nas amostras dos solos coletados na jazida (mesmo solo
do subleito), indicou-se se tratar de solos não-lateríticos. O resultado era previsível,
pois a visualização “in-situ” permitiu observar vestígios da rocha de origem, minerais
primários, fraturas e pouca evolução pedogenética dos horizontes, o que confirma a
classificação encontrada.
O resultado dos grupos como sendo NA’ e NG’, vêm ratificar a classificação, pelo tipo
de rocha encontrado na região. O subleito da região pode ter características de
122
expansibilidade, embora, com valores de boa capacidade avaliados nos ensaios
tradicionais.
4.2.7 Unidade Geotécnica
Os dados baseados na sobreposição dos mapas geológico e pedológico, no
reconhecimento de campo e, na caracterização em laboratório trouxe como resultado a
estimativa da unidade geotécnica na localidade Sertão do Imaruim. Apresenta-se, no
sub-item 4.2.8, a estimativa da unidade geotécnica para a região investigada.
Assim, estabeleceu-se a estimativa da unidade geotécnica como sendo:
- Cg/Cgn - associação de solo Cambissolo Tb (argila de atividade baixa), textura
argilosa pouco cascalhenta e solo Podzólico-Vermelho-Amarelo Tb (argila de atividade
baixa); relevo forte ondulado; substrato de rochas granito e gnaisse.
Na etapa inicial deste trabalho, foram investigadas outras três regiões no Município de
São José. Apresenta-se a estimativa de unidade geotécnica para as três regiões.
Região Potecas:
- Gsq - solo Glei Tb (argila de atividade baixa), textura média argilosa, relevo plano,
substrato sedimentos quaternários.
Região Morro do Avaí
- Ccm - associação de Cambissolo Tb (argila de atividade baixa), textura argilosa a
média, relevo forte ondulado e ondulado, substrato complexo metamórfico.
Região Areias
- Cde - solo Cambissolo, substrato depósito de encosta, textura média argilosa, relevo
ondulado e suave ondulado.
123
124
5. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
A proposta desta metodologia foi desenvolver um procedimento para investigação
geotécnica de vias urbanas não pavimentadas com vistas à sua pavimentação através
do emprego do Penetrômetro Dinâmico de Cone, contemplando o aproveitamento da
espessura existente da camada consolidada pelo tráfego.
Utilizando-se de ensaios tradicionais de campo e de laboratório e do ensaio DCP,
apresentou-se uma sistemática de como considerar a espessura da camada de
material consolidado de uma via não pavimentada no dimensionamento da estrutura do
pavimento para a sua pavimentação.
A pesquisa demonstrou que o equipamento DCP constituiu-se um instrumento
tecnológico capaz de avaliar a capacidade de suporte através do uso de correlações do
tipo DN x CBR. O uso do DCP está restringido a solos, materiais granulares finos e
pouco cimentado, para não se correr o risco de obter resultados não confiáveis.
Acredita-se que o procedimento desenvolvido é de aplicação simples e prática, de
baixo custo, contribuindo desta forma para que as Prefeituras Municipais possam
utilizá-lo adequadamente em seus projetos de pavimentação, aumentando a vida útil de
suas vias pavimentadas e, reduzindo o custo de sua implantação.
Para assegurar um comportamento satisfatório dos pavimentos, é essencial projetar-se
subleitos e sub-bases tão cuidadosamente quanto o próprio revestimento. Assim
acredita-se que a metodologia desenvolvida para o dimensionamento do pavimento,
assegura um nível mínimo de qualidade e ainda apresenta uma notável redução da
espessura total do pavimento em termos de material granular.
Apresentou-se também uma metodologia de como controlar a camada de regularização
do revestimento primário, através da tecnologia DCP, capaz de assegurar a qualidade
da execução da terraplenagem.
125
O sistema de classificação de unidades geotécnicas apresentou-se de fácil
compreensão teórica e simples aplicação prática, fornecendo a idéia da geotecnia da
região e meios para avaliar os tipos e disponibilidade de solos. A importância desta
sistemática para o município, é que se houverem outros locais pertencentes a esta
unidade geotécnica, as mesmas correlações são válidas, havendo uma redução na
realização de ensaios.
Os temas centrais deste trabalho, dimensionar aproveitando, quando possível, a
camada consolidada neste dimensionamento e com uso do equipamento DCP,
representam assuntos relativamente novos entre nós. Neste aspecto, recomenda-se o
aprofundamento dos mesmos, dada a essencial importância de se reduzir os custos de
implantação dos pavimentos urbanos.
São algumas recomendações:
- aprofundar o conhecimento da tecnologia DCP com outras tecnologias, validando as
informações por ela fornecidas;
- realizar estudos com horizonte de tempo maior, visando avaliar os efeitos da
aplicação da metodologia aqui desenvolvida;
- realizar estudos aprofundados sobre a aplicação da metodologia DCP para avaliar a
sua relação com outros parâmetros, principalmente com o regime de umidade em que
se encontram os solos,
- realizar estudos comparativos a outros estudos, dentro deste tema.
Como recomendação final, sugere-se a continuidade para implantação desta
metodologia, que utilizou-se de termos e critérios simplificados para a aplicação
imediata dos resultados visando o alcance social e técnico.
126
REFERÊNCIAS BIBILIOGRÁFICAS
ABITANTE, Edgar. “Proposta Metodológica de Mapeamento Geotécnico Com o Uso da
Pedologia em Solos Tropicais Visando Obras Rodoviárias”, Dissertação de Mestrado,
Pós - Graduação em Engenharia Civil - UFSC, Florianópolis, 1997.
ANPET, São Carlos, SP, 1999. CARDOSO, A. B., TRICHÊS, G. Avaliação da
capacidade de suporte de aterros rodoviários utilizando o Penetrômetro Dinâmico de
Cone - DCP e a Viga Benkelman. In. ANAIS. São Carlos, 1999.
CAMARGO, M. N. et al. Classificação dos solos usados em levantamentos pedológicos
no Brasil. Bol. Inf. Soc. Bras. Ciência dos Solos. Campinas, 1987.
CAPUTO, H. P. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. São Paulo: Livros Técnicos e
Científicos, 1985.
COLÓQUIO DE SOLOS TROPICAIS E SUBTROPICAIS E SUAS APLICAÇÕES EM
ENGENHARIA CIVIL. Porto Alegre, 1985. SANTOS, F. O uso da pedologia na
engenharia. In. ANAIS. Porto Alegre, 1985.
CONGRESSO BRASILEIRO DE MECÂNICA DOS SOLOS, São Paulo, 1997.
NOGAMI, J.S., GODOY, H. O uso de mapas pedológicos e do Método das Pastilhas -
MCT para o aproveitamento de solos lateríticos em obras viárias. In. ANAIS. São
Paulo, 1997.
CONGRESSO DE MECÂNICA DOS SOLOS E ENGENHARIA GEOTÉCNICA, Brasília,
DF, 1998. CARDOSO, Anelise B., TRICHÊS, Glicério. Avaliação da capacidade de
suporte de aterros e subleito de rodovias utilizando o Penetrômetro Dinâmico de Cone.
In. ANAIS. Brasília, DF, 1998.
127
CONGRESSO IBERO - LATINO AMERICANO DEL ASFALTO, 1991. PONCE, H. M. A.
et al. Utilizacion del Penetrometro Dinamico de Cono Portatil en la caracterizacion y
avaluacion de suelos en el diseño estructural de pavimentos flexibles de caminos de
transito medio y bajo. In. ANAIS, 1991.
CONGRESSO IBERO - LATINO AMERICANO DEL ASFALTO, 1991. ANGELONE, S.,
MARTINEZ, F. El Penetrometro Dinamico de Cono, su Aplication al Control y Diseño
Estrutural de Pavimentos. In. ANAIS 1991.
CSRI TRANSPORTEK. Dynamic Cone Penetrometer, Tecnology and Information about
DCP Program. Pretoria, South Africa, 2000.
DAVISON, R. D. Metodologia de classificação de unidades e perfis geotécnicos
desenvolvida na Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, 1995.
DNER - DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER - ME
41-63. Preparação de Amostras para Ensaios de Caracterização. Rio de Janeiro, RJ,
1963.
DNER - DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER - ME
80-64. Análise Granulométrica. Rio de Janeiro, RJ, 1964.
DNER - DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER - ME
82-63. Limite de Plasticidade. Rio de Janeiro, RJ, 1963.
DNER - DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER - ME
44-71. Limite de Liquidez. Rio de Janeiro, RJ, 1971.
128
DNER - DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER - ME
92-64. Determinação da Massa Específica “in-situ” através do Método do Frasco de
Areia. Rio de Janeiro, RJ, 1964.
DNER - DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER - ME
47-64. Ensaio de Compactação. Rio de Janeiro, RJ, 1964.
DNER - DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER - ME
49-74. Determinação do Índice de Suporte Califórnia. Rio de Janeiro, RJ, 1974.
DNER - DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. Método de
Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis – DNER/1979. Rio de Janeiro, RJ, 1979.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL - DNPM. Carta
Metalogenética e Mapa Geológico, integrante do PLGB - Programa Levantamentos
Geológicos Básicos do Brasil, Folhas Florianópolis e Lagoa, 1995.
EMERY, Stepan. DCP chart. Petroria University, South Africa, 2000,
(www.geocities.com/profemery/pavement/dcp_chart.jpg).
FUNDAÇÃO INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA - IBGE.
Carta de Solos, Florianópolis SH - 22 - B - D - II integrante do Programa
Gerenciamento Costeiro, 1986.
INTERNATIONAL ASSOCIATION OF ENGENEERING GEOLOGY – IAEG.
Classification of rocks and soils for engeneerinf geologycal mapping. Part I: Bulletin of
International Association of Rngeneering Geology, nº 19, Krefeld, 1979.
129
LIVNEH, M., ISHAI, I. The relationsip betweem “in-situ”CBR test and Penetration tests.
Orlando, USA: ISOPT - 1, 1988.
HARISON, J. A. Correlation between CBR and Dynamic Cone Penetrometer strength
measurement of soil. In. Proc. Int. Symp. Civ. Engs. Part 2,93, Technical Note nº 463,
1987.
KLEYN, E., VAN ZYL, G. D. Aplication of the Dynamic Cone Penetrometer - DCP to
light pavement. Orlando, USA: ISOPT - 1, 1988.
KLEYN, E.,SAVAGE, P. E., The aplication of the pavement DCP to determine the
bearing properties and perfomance of roads pavement. Proc. Int. Symp. on Bearing
capacity of Roads and Airfields, 1992.
MAPA DIGITALIZADO DA PREFEITURA MUNICIPAL DE SÃO JOSÉ, 1995.
NOGAMI, J. S., VILLIBOR, D. F. Pavimentação de baixo custo com solos lateríticos.
São Paulo: Villibor, 1995.
OLIVEIRA, João B. et al. Classes Gerais de Solos do Brasil. Jaboticabal, SP: FUNEP,
1992.
PREFEITURA MUNICIPAL DE SÃO PAULO. Pavimentação Urbana: Procedimento de
Dimensionamento de Pavimentos para Vias de Tráfego Leve e Muito Leve. São Paulo,
1992.
PROGRAMA LEVANTAMENTOS GEOLÓGICOS BÁSICOS DO BRASIL. Ministério
das Minas e Energia CPRM – Serviço Geológico do Brasil. DNPM / SC – Departamento
Nacional de Produção Mineral (Santa Catarina). Folhas Florianópolis e Lagoa, 1997.
130
REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO, Brasília, 2000. CARDOSO, A. B., TRICHÊS,
G. Proposição de uma metodologia para utilização do Penetrômetro Dinâmico de Cone
- DCP no controle da execução da camada final de terraplenagem. In. ANAIS. Brasília,
2000.
REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO, Brasília, 2000. GODOY, H., BERNUCCI, L. B.
Caracterização de propriedades geotécnicas de solos realizada no próprio campo e de
maneira expedita. In. ANAIS. Brasília, 2000.
SANTOS, Maria do Carmo Rodrigues dos Santos. Manual de fundamentos
cartográficos e diretrizes gerais para elaboração de mapas geológicos,
geomorfológicos e geotécnicos. São Paulo, 1990.
SARAIVA, R. Conhecimentos geológicos simplificados para o estudo de
comportamento e mapeamento geotécnico de solos tropicais e subtropicais. Porto
Alegre, 1993.
SIMBRATA, Rio de Janeiro, RJ, 1997. OLIVEIRA, L. E., VERTAMATTI, E. Análise de
pavimentos de baixo volume de tráfego executado com solos transicionais: In. ANAIS.
Rio de Janeiro, 1997.
SOUZA, Murillo L. Pavimentação Rodoviária. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e
Científicos, 1980.
VERTAMATTI, E. Contribuição ao conhecimento geotécnico de solos da Amazônia
com base na investigação de aeroportos e metodologias MCT e Resiliente (Tese de
Doutorado). Instituto Tecnológico da Aeronáutica – ITA. São José dos Campos, 1988.
YODER, E. J, WITCZAK, M. W. Principles of Pavement Design. New York, USA: John
Wiley & Sons, 1975.
131
ANEXOS
132
ANEXO A
GRÁFICO MCT, DADOS PEDOLÓGICOS E GEOLÓGICOS
133
QUADRO A.1
O Quadro A.1, representa o gráfico para classificação MCT pelo Método Expedito das
pastilhas, proposto por Nogami e Villibor (1995).
134
QUADRO A.2
O Quadro A.2, representa o sistema de classificação pedológico corrente na prática
brasileira para os horizontes superficiais A e B, conforme publicado por Camargo et. al.
(1987).
Sigla Classificação Sigla Classificação
A Aluviais LV Latossolo Vermelho-Amarelo
AQ Areia Quartzosa P Podzóis Indiscriminados
B Brunizém PB Podzólico Bruno-Acinzentado
BT Brunizém Vértico PE Podzólico Vermelho-Escuro
C Cambissolo PV Podzólico Vermelho-Amarelo
CB Cambissolo Bruno PL Planossolo
CH Cambissolo PLP Planossolo Plíntico
HG Glei PLV Planossolo Vértico
HO Solo Orgânico PT Plintossolo
LA Latossolo Amarelo R Litólico
LB Latossolo Bruno TR Terra Roxa Estruturada
LBC Latossolo Bruno Cambico TB Terra Bruna Estruturada
LBR Latossolo Bruno Roxo TBR Terra Bruna-Roxa
LE Latossolo Vermelho-Escuro TBV Terra Bruna Podzólica
LR Latossolo Roxo V Vertissolo
135
QUADRO A.3
O Quadro A.3, representa o sistema de classificação geológica simplificada corrente na
prática brasileira para os horizontes superficiais C, RA e R, o qual é baseado no
trabalho do IAGE (1979).
Sigla Classificação Sigla Classificação
a arenito g granito
ag argilito gl granulito
an andesito gn gnaisse
ar ardósia gd granitóide
b basalto ma mármore
br brecha p pelito
c conglomerado q quartzito
ca calcáreo r riolito
cm complexo metamórfico16 si sienito
cr Carvão s siltito
d diorito sq sedimentos quaternários
da dacito st sedimentos terciários
f folhelho x xistos
16 Complexo Metamórfico – complexo formado por várias rochas metamórficas de difícil individualização.
136
QUADROA.4
Jazida de solos da região.
Vista do horizonte C da rocha
gnáissica com porções básicas
(diorito), gradando para uma porção
granítica mais homogênea.
Vista do horizonte C da rocha gnáissica,
gradando para uma porção de rocha
granítica.
Vista do horizonte C da rocha diorítica, com veios de material de rocha granítica,
com presença de material tamanho argila.
137
138
139
ANEXO B
RESULTADOS DOS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO
140
ANEXO B.1
Resultados da análise granulométrica.
Rua Estaca %
Pedregulho % Areia Grossa
% Areia fina P200
Maria Back 3 1,90 24,30 26,70 47,10
Maria Back 6 5,20 22,30 33,40 39,10
Maria Back 9 4,87 23,23 27,50 44,40
José Kirchner 1 14,30 29,30 33,50 22,90
Lino Silva 1 10,46 23,36 37,64 28,54
Lino Silva 4 9,70 19,10 31,30 39,90
Maria Back 12 35,10 18,60 21,30 25,00
José Kirchner 5 32,30 29,90 20,80 17,00
Valtelino Demétrio 3 41,70 30,40 13,60 14,30
Valtelino Demétrio 7 4,40 20,70 38,90 36,00
Lino Silva 7 27,70 36,10 20,60 15,60
Lino Silva 10 12,67 33,61 36,25 17,47
Paulo Koester 2 34,12 26,89 21,96 17,03
Paulo Koester 4 25,20 32,60 21,30 20,90
141
142
143
144
145
146
147
148
ANEXO C
RESULTADOS DOS ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO E CBR
149
150
151
152
153
ANEXO D
RESULTADOS DOS ENSAIOS DCP EM CAMPO
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
ANEXO E
ANÁLISE ESTATÍSTICA
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
