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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
CAIO VINÍCIUS SCHLÖGEL
ENSAIO DE CONE DE PENETRAÇÃO DINÂMICA PARA AVALIAÇÃO
DO SUBLEITO DE VIA FÉRREA
DISSERTAÇÃO
CURITIBA
2020
CAIO VINÍCIUS SCHLÖGEL
ENSAIO DE CONE DE PENETRAÇÃO DINÂMICA PARA AVALIAÇÃO DO
SUBLEITO DE VIA FÉRREA
Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção
do título de Mestre em Engenharia Civil, do Programa de Pós-
Graduação em Engenharia da Universidade Tecnológica
Federal do Paraná.
Orientador: Prof. D.Sc. Ronaldo Luis dos Santos Izzo
CURITIBA
2020
Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Diretoria de Pesquisa e Pós-Graduação
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação
_________________________________________________________________
Schlögel, Caio Vinícius
Ensaio de cone de penetração dinâmica para avaliação do subleito de via férrea [recurso
eletrônico] / Caio Vinícius Schlögel. -- 2020.
1 arquivo texto (129 f.): PDF; 5,01 MB.
Modo de acesso: World Wide Web.
Título extraído da tela de título (visualizado em 23 jun. 2020).
Texto em português com resumo em inglês.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Civil, Curitiba, 2020.
Bibliografia: f. 115-129.
1. Engenharia civil - Dissertações. 2. Cone de penetração dinâmica. 3. Solos -
Compactação. 4. Materiais granulados – Solos. I. Izzo, Ronaldo Luis dos Santos, orient. II.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil,
coorient. III. Título.
CDD: Ed. 23 -- 624
Biblioteca Ecoville da UTFPR, Câmpus Curitiba Bibliotecária: Lucia Ferreira Littiere – CRB 9/1271
Aluna de Biblioteconomia: Josiane Mangueira
Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Diretoria de Pesquisa e Pós-Graduação
TERMO DE APROVAÇÃO DE DISSERTAÇÃO Nº 192
A Dissertação de Mestrado intitulada: Ensaio de cone de penetração dinâmica para avaliação do
subleito de via férrea, defendida em sessão pública pelo Candidato Caio Vinícius Schlögel, no dia
13 de abril de 2020, foi julgada para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, área de
concentração: Estruturas e Geotecnia, linha de pesquisa: Construção Civil, e aprovada em sua forma
final, pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.
BANCA EXAMINADORA:
Prof. Dr. Ronaldo Luis dos Santos Izzo - Presidente - UTFPR
Prof. Dr. Matheus Domingos - UTFPR
Prof. Dr. Adauto José Miranda de Lima - UTFPR
Dr. Maurício Abramento - MIT
Dr. José Carlos Silva Filho - IME
A via original deste documento encontra-se arquivada na Secretaria do Programa, contendo a
assinatura da Coordenação após a entrega da versão corrigida do trabalho.
Curitiba, 13 de abril de 2020.
Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Diretoria de Pesquisa e Pós-Graduação
AGRADECIMENTOS
Neste espaço quero expressar minha gratidão aos amigos, familiares,
professores e colegas de trabalho pelo suporte, direto e indiretamente, fornecido ao
desenvolvimento deste trabalho.
Agradeço também a todos que sempre me perguntavam: “E o mestrado, termina
quando?” Sempre me motivou a correr atrás do tempo perdido.
RESUMO
Este trabalho busca avaliar a utilização do Dynamic Cone Penetrometer (DCP) como
ferramenta capaz de estimar a massa específica aparente seca do solo in situ,
ajudando, dessa forma, engenheiros e equipes de campo, no controle tecnológico de
compactação. Além disso, o trabalho objetiva desenvolver uma metodologia prática e
eficaz para avaliar qualitativamente o grau de compactação (GC) dos solos, auxiliando
em planos de manutenção da infraestrutura ferroviária, modal de extrema importância
para o desenvolvimento de uma nação. Atualmente, o ensaio mais utilizado para
determinar a massa específica aparente seca em campo é o frasco de areia. Porém,
sabe-se que o ensaio demanda uma certa quantidade de escavação e recursos a fim
de pesar o frasco de areia após sua utilização. Isso faz com que o ensaio tome um
certo tempo para ser executado. Sob essa ótica, o intuito é o de estudar o DCP como
uma alternativa mais prática aos serviços de campo. A área de estudo encontra-se
próximo à cidade de Itu, estado de São Paulo, Brasil. O estudo foi realizado através
de ensaios laboratoriais e in situ a fim de correlacioná-los em busca de uma
correspondência entre a penetração do DCP (DN) e a massa específica aparente seca
(ρ). Os resultados da estimativa dos valores de grau de compactação apresentaram-
se satisfatórios para a correlação, haja visto os baixos valores de erro padrão e
margem de erro, principalmente se avaliados dentro de um trecho com o mesmo tipo
de solo e de cerca 5 km de distância. Porém, a metodologia apresenta falhas na
proposta da avaliação do subleito a fim de auxiliar na determinação de pontos de
manutenção, haja visto a grande influência do teor de umidade no ensaio.
Palavras-Chave: DCP. Penetrômetro. Grau de Compactação. Massa Específica
Aparente Seca.
ABSTRACT
This work aims to assess the use of the Dynamic Cone Penetrometer (DCP) as a tool
to evaluate in situ bulk dry density of the soil, thus helping engineers and staff in the
quality control assurance of the soil. Besides that, another objective is to develop a
practical and useful methodology to evaluate degree of compaction (DC) of a soil,
aiding in the development of maintenance plan for railroad infrastructure. Nowadays,
the most common in situ test to evaluate the soil bulk dry density is the sand
replacement test, but it is known that such test demands some sort of excavation, extra
resources as a scale to weight the material replaced, therefore making it time
consuming. Based on that, this thesis objective is to study the DCP as an easy and
functional tool to in situ tests. The area chosen to be studied is located nearby the city
of Itu, state of São Paulo, Brazil. The study correlates in situ and laboratorial tests in
order to obtain an association between de penetration of the DCP (DN) and bulk dry
density (ρ). It is expected to obtain a satisfactory correlation between DN and ρ and
develop an easy and practical methodology to estimate degree of compaction in situ.
The results collected from the estimation of the compaction degree were considered
satisfactory based on the valued of standard error and margin of error obtained from
the correlation of bulk dry density, moisture content and DN, especially in smaller
distances, circa 5 km. However, the methodology designed for aiding the development
of maintenance plans showed flows especially if considers the effect of moisture
content of the soil on the results.
Keywords: DCP. Penetrometer. Degree of Compaction. Dry Density.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Malha Ferroviária Brasileira ...................................................................... 18
Figura 2 – Principais produtos transportados pela ferrovia brasileira em 2019 ......... 19
Figura 3 - Resultado do volume transportado pelas principais concessionárias
ferroviárias do país em milhares de toneladas úteis (MTU) em 2019 ....................... 20
Figura 4 - Evolução dos investimentos na malha ferroviária brasileira em milhões de
reais (MMR$) ............................................................................................................. 20
Figura 5 - Comparação matriz transporte de cargas ................................................. 21
Figura 6 - Camadas Via Permanente ........................................................................ 22
Figura 7 - Perfil de trilho depositado sobre o lastro formado por boletim, alma e patim
.................................................................................................................................. 23
Figura 8 – (a) Tirefond com arruela dupla de pressão (b) Prego de via .................... 24
Figura 9 - Trilho e sistema de fixação - tirefond e grampo pandrol ........................... 25
Figura 10 - Dormentes de madeira ............................................................................ 26
Figura 11 - Dormente de concreto monobloco .......................................................... 27
Figura 12 - Dormente de aço ..................................................................................... 28
Figura 13 - Dormente de plástico .............................................................................. 28
Figura 14 - Estrutura da via em função da contaminação: (a) desgaste dos elementos
de via e infiltração de rejeitos pela superfície; (b) infiltração de materiais subjacentes
ao lastro; (c) bombeamento de finos do subleito. ...................................................... 30
Figura 15 - Equipamento DCP .................................................................................. 35
Figura 16 - Curva DCP .............................................................................................. 37
Figura 17 - Característica das curvas DCP (a) penetração linear (b) penetração com
perda de resistência (c) penetração com ganho de resistênia .................................. 38
Figura 18 - Diagrama estrutural DCP ........................................................................ 39
Figura 19 - Ábaco de classificação de solos tropicais ............................................... 48
Figura 20 - Localização aproximada dos pontos de ensaios de campo .................... 51
Figura 21 – Organização dos ensaios de campo e laboratoriais ............................... 52
Figura 22 – Localização da área de estudo .............................................................. 53
Figura 23 - (a) Execução da coleta do solo para ensaios laboratoriais (b) Cava de
coleta de solo ............................................................................................................ 54
Figura 24 - Sistema de drenagem com cota superior igualada à cota inferior do lastro
ferroviário .................................................................................................................. 55
Figura 25 - Camadas sedimentares que foram o varvito ........................................... 55
Figura 26 - (a) Realização de peneiramento do solo (b)Realização de sedimentação
da porção fina do solo ............................................................................................... 57
Figura 27 - Solo após sedimentação ......................................................................... 58
Figura 28 - (a) Ensaio de limite de liquidez (b) Ensaio de limite de plasticidade ....... 59
Figura 29 - (a) Amostras de solo e picnômetros (b) Dessecador e bomba de vácuo 59
Figura 30 - (a) Compactação com Mini MCV (b) Realização de ensaio de perda por
imersão ..................................................................................................................... 60
Figura 31 - (a) Molde e soquete para realização do ensaio de compactação (b) Solo
compactado no molde ............................................................................................... 61
Figura 32 - (a) Realização do ensaio de compactação (b) Baldes com água destilada
e moldes com solo compactado ................................................................................ 62
Figura 33 - (a) Prensa realizando ensaio CBR (b) Software de coleta de dados do
ensaio CBR ............................................................................................................... 62
Figura 34 - Moldes compactados e ensaiados na prensa ......................................... 63
Figura 35 - Molde de CBR com comparados para medição de expansão ................ 63
Figura 36 - Ensaio DCP sobre molde de CBR .......................................................... 65
Figura 37 - Efeito do confinamento em corpos de prova durante execução de DCP 66
Figura 38 - Efeito do confinamento em corpos de prova durante execução de DCP 67
Figura 39 - Localização aproximada dos pontos de ensaios de campo .................... 68
Figura 40 - Locação ensaio DCP na plataforma ........................................................ 69
Figura 41 - Realização ensaio DCP em campo ......................................................... 70
Figura 42 - (a) Realização ensaio de densidade através da cravação de PVC (b)
Madeira sendo utilizada para não danificar o tubo de PVC ....................................... 71
Figura 43 - (a) Tubo de PVC cravado até a borda superior (b) Tubo de PVC removido
do solo com amostra devidamente ocupando todo o volume do tubo ....................... 71
Figura 44 - Curva granulométrica .............................................................................. 74
Figura 45 - Gráfico de plasticidade e resultado do solo estudado ............................. 75
Figura 46 - Resultado ensaio MCT ............................................................................ 77
Figura 47 - Sintetização dos resultados de compactação e locação das curvas de
saturação................................................................................................................... 78
Figura 48 - Heterogeneidade do solo ........................................................................ 80
Figura 49 - Valores indicados pela ISF 207 para valores de CBR de plataformas
ferroviárias................................................................................................................. 81
Figura 50 - Resultado correlação teor de umidade (%) e ISC (%) ............................ 83
Figura 51 - (a) Correlação energia de compactação (kfg/cm²) e CBR (%) e (b)
Correlação energia de compactação e CBR (%) ....................................................... 83
Figura 52 - Ensaio DCP em corpo de prova moldado em energia normal ................ 84
Figura 53 - Ensaio DCP em corpo de prova moldado em energia intermediária ....... 85
Figura 54 - Ensaio DCP em corpo de prova moldado em energia modificada .......... 85
Figura 55 - Curvas DN para umidades próximas em diferentes energias de
compactação ............................................................................................................. 86
Figura 56 - Correlação DN (mm/golpe) x w (%) ........................................................ 87
Figura 57 - Correlação DN (mm/golpe) x w (%) e ganho de resistência próximo à
umidade ótima ........................................................................................................... 88
Figura 58 - Correlações CBR (%), DLP (mm/golpe) e w (%) e ganho de resistência
próxima à umidade ótima .......................................................................................... 89
Figura 59 - Avaliação da reprodutibilidade dos ensaios DCP ................................... 91
Figura 60 - (a) Ensaio DCP em campo no Ponto 1 (b) Ensaio DCP em campo no Ponto
2 ................................................................................................................................ 92
Figura 61 - (a) Ensaio DCP em campo Ponto 3 (b) Ensaio DCP em campo Ponto 493
Figura 62 - (a) Ensaio DCP em campo Ponto 5 (b) Ensaio DCP em campo Ponto 694
Figura 63 - Ensaio DCP em campo Ponto 7.............................................................. 95
Figura 64 - (a) Ensaio DCP em campo Ponto 8 (b) Ensaio DCP em campo Ponto 9 (c)
Ensaio DCP em campo Ponto 10 .............................................................................. 96
Figura 65 - Correlação Densidade Calculada pela formulação versus as obtidas pelo
ensaio de compactação .......................................................................................... 103
Figura 66 - Valores de Massa Esp. Seca e ρ (g/cm³) - calc2 .................................. 107
Figura 67 - Correlação entre resultados de GC1 (%) e GC2 (%) obtidos através dos
ensaios de campo de penetração do tubo PVC e ensaio DCP, respectivamente ... 110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Concessões ferroviárias brasileiras .......................................................... 17
Tabela 2 - Densidade das malhas ferroviárias .......................................................... 21
Tabela 3 - Resumo de características de solos tropicais .......................................... 47
Tabela 4 - Resumo de Ensaios Laboratoriais............................................................ 50
Tabela 5 - Informações dos solos na região dos ensaios de campo ......................... 51
Tabela 6 - Resultado ensaio granulometria ............................................................... 73
Tabela 7 - Resultado ensaios de limites de Atterberg ............................................... 74
Tabela 8 - Resultado ensaio de densidade real dos grãos ....................................... 75
Tabela 9 - Comparação resultados de densidade real de grãos entre a literatura e este
trabalho ..................................................................................................................... 76
Tabela 10 - Resultado ensaios de compactação em três energias de compactação 78
Tabela 11 - Resumo dos resultados de teor de umidade ótima e massa específica
aparente seca máxima para as três energias............................................................ 78
Tabela 12 - Resultados de massa específica aparente seca máxima (g/cm³) e teor de
humidade ótimo (%) encontrados na literatura .......................................................... 79
Tabela 13 - Resultados ensaios de expansão........................................................... 80
Tabela 14 - Resultados ensaio ISC ........................................................................... 82
Tabela 15 - Avaliação da reprodutibilidade dos ensaios DCP ................................... 90
Tabela 16 - Teor de Umidade ótimo versus Teor de umidade de campo .................. 98
Tabela 17 - Valores dos pontos de estudo de classificação do solo ......................... 99
Tabela 18 - Resultados ensaio PVC para estimativa da massa específica aparente
seca ......................................................................................................................... 100
Tabela 19 - Avaliação valores de massa específica aparente seca e teor de umidade
frente aos valores ótimos obtidos em energia normal ............................................. 101
Tabela 20 - Correlações para obtenção da massa específica (g/cm³) em função de DN
(mm/golpe) e Umidade (%) ..................................................................................... 102
Tabela 21 - Valores de massa específica seca calculados a partir das fórmulas de
correlação................................................................................................................ 104
Tabela 22 - Resultados de massa específica aparente seca para valor de teor de
umidade e DN de campo ......................................................................................... 105
Tabela 23 - Comparação dos resultados de GC (%) por meio do ensaio DCP e do
ensaio PVC ............................................................................................................. 108
Tabela 24 - Média, desvio-padrão e coeficiente de variação dos resultados de 〖GC
〗_1e 〖GC〗_2 (%) em cada ponto de ensaios de campo ................................... 109
Tabela 25 - Avaliação de erro padrão, margem de erro e intervalo de confiança para
os valores de GC (%) obtidos através do ensaio de penetração do PVC e DCP em
campo ..................................................................................................................... 111
Tabela 26 - Cálculo do erro entre o cálculo de GC1 e GC2 em cada ponto de avaliação
de campo................................................................................................................. 112
LISTA DE SÍMBOLOS
ρ - Massa Específica Aparente Seca
𝝆𝒎𝒂𝒙 - Massa Específica Aparente Seca Máxima
CBR - California Bearing Ratio
DCP - Cone de Penetração Dinâmica
DN - Índice de Penetração do DCP
GC - Grau de Compactação
ISC - Índice de Suporte Califórnia
IP - Índice de Plasticidade
LL - Limite de Liquidez
LP - Limite de Plasticidade
w - Teor de Umidade
wot - Teor de Umidade Ótima
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 13
1.1 OBJETIVO PRINCIPAL ............................................................................ 15
1.2 OBJETIVOS SECUNDÁRIOS ................................................................... 15
2. JUSTIFICATIVA ................................................................................................. 16
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................... 17
3.1 HISTÓRICO DA FERROVIA NO BRASIL ................................................. 17
3.2 PANORAMA ATUAL DA FERROVIA NO BRASIL .................................... 18
3.3 VIA FERROVIÁRIA PERMANENTE ......................................................... 22
3.3.1 Trilho .................................................................................................. 23
3.3.2 Fixações ............................................................................................. 24
3.3.3 Dormentes .......................................................................................... 25
3.3.3.1 Madeira ......................................................................................... 25
3.3.3.2 Concreto ....................................................................................... 26
3.3.3.3 Aço ................................................................................................ 27
3.3.4 Lastro ................................................................................................. 29
3.3.5 Sublastro ............................................................................................ 31
3.3.6 Subleito .............................................................................................. 32
3.4 CONE DE PENETRAÇÃO DINÂMICA (DCP) ........................................... 34
3.4.1 Histórico Cone de Penetração Dinâmica ............................................ 34
3.4.2 Método de ensaio ............................................................................... 35
3.4.2.1 Resultados do DCP ...................................................................... 36
3.4.3 Aplicações do DCP ............................................................................ 39
3.4.3.1 Correlações DCP x CBR ............................................................... 40
3.4.3.2 Correlações DCP x Módulo de Resiliência (MR) .......................... 41
3.4.2.3 DCP aplicado na caracterização de solos .................................... 41
3.4.2.4 DCP aplicado no controle de qualidade ........................................ 42
3.4.2.5 Erros e Desvantagens do DCP ..................................................... 44
3.5 SOLOS TROPICAIS ................................................................................. 45
4. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................. 49
4.1 ÁREA DE ESTUDO .................................................................................. 53
4.2 METODOLOGIA LABORATORIAL ........................................................... 57
4.2.1 Granulometria ..................................................................................... 57
4.2.2 Limites de Atterberg ........................................................................... 58
4.2.3 Densidade Real dos Grãos ................................................................ 59
4.2.4 Metodologia MCT ............................................................................... 59
4.2.5 Ensaio ISC ......................................................................................... 60
4.2.6 Ensaio DCP ........................................................................................ 64
4.3 METODOLOGIA in situ ............................................................................. 68
4.3.1 Ensaio DCP in situ ............................................................................. 68
4.3.2 Estimativa Massa Específica Aparente Seca (ρ) in situ ..................... 70
5. ANÁLISE DE RESULTADOS ............................................................................. 73
5.1 ANÁLISE DE RESULTADOS LABORATORIAIS ...................................... 73
5.1.1 Granulometria ..................................................................................... 73
5.1.2 Limites de Atterberg ........................................................................... 74
5.1.3 Densidade Real dos Grãos ................................................................ 75
5.1.4 Metodologia MCT ............................................................................... 76
5.1.5 Ensaio CBR ........................................................................................ 77
5.1.5.1 Compactação ................................................................................ 77
5.1.5.2 Expansão ...................................................................................... 79
5.1.5.3 Índice de Suporte Califórnia (ISC) ................................................ 81
5.1.6 Ensaio DCP ........................................................................................ 84
5.2 ANÁLISE DE RESULTADOS IN SITU ...................................................... 92
5.2.1 Ensaio DCP in situ ............................................................................. 92
5.2.2 Ensaio de PVC para Massa Específica Aparente Seca ..................... 99
5.3 CORRELAÇÃO DN, TEOR DE UMIDADE E MASSA ESPECÍFICA ...... 101
6. CONCLUSÃO .................................................................................................. 113
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 115
13
1. INTRODUÇÃO
De acordo com a Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT, 2019),
há mais de 29.000 km de ferrovias concedidas no Brasil, as quais transportaram cerca
de 570 milhões de toneladas úteis (TU) apenas no ano de 2018. O valor é cerca de
6% superior ao que foi transportado no ano de 2017. Esse crescimento vem andando
junto com o aumento dos investimentos. A Associação Nacional dos Transportadores
Ferroviários (ANTF) informa que os investimentos totalizam cerca de R$ 23 bilhões
entre os anos de 2015 – 2018 (ANTF, 2019).
Entretanto, de acordo com a Associação, a ferrovia representa 15% da matriz
de transporte do país, sendo ela controlada majoritariamente pela rodovia – 65%
(ANTF, 2019). Essa representatividade faz com que as produções acadêmicas sejam
voltadas para o aprimoramento de técnicas de dimensionamento de pavimentos
rodoviários (SILVA FILHO, 2018).
Apesar disso, o modal ferroviário vem ganhando espaço. Segundo a ANTF
(2019), 95% dos minérios chegam ao porto via trem, 40% dos commodities vem
trafegando sobre trilhos e houve um crescimento de 128 vezes no transporte de
containers de 1997 a 2018. Ainda de acordo com a ANTF (2019), se houver o plano
de renovação antecipada das concessões ferroviárias, será possível que o modal
ferroviário aumente sua participação de 15 para 31% até 2025.
Segundo Dariva (2016), com o aumento das cargas transportadas e o ciclo de
carga imposto ao pavimento ferroviário, para que não haja comprometimento à
infraestrutura existente, faz-se necessária uma criteriosa investigação das condições
do subleito, objetivando a minimização dos custos oriundos da manutenção e
tornando-a mais segura.
Silva (2016) comenta que os pavimentos ferroviários apresentam mais
complexidade de modelagem do que os pavimentos rodoviários. Os elementos
constituintes da ferrovia, sendo eles: fixações, trilhos, dormentes, lastro, sublastro e
subleito, formam um sistema de múltiplas camadas, com relações de transferência de
cargas totalmente interligadas. Isso torna obrigatória a modelagem numérica de cada
uma das camadas com suas respectivas características físicas a fim de se obter
resultados mecânicos, tensão e deformação individual de cada elemento.
14
No pavimento ferroviário, quando o lastro está corretamente dimensionado,
ou seja, com capacidade portante de acordo com a carga solicitante, o subleito torna-
se o componente de maior influência sobre a deformabilidade da via, contribuindo
substancialmente para a deflexão elástica do trilho sob o carregamento dinâmico
imposto pelo tráfego. Assim, a resiliência do subleito influencia na velocidade de
deterioração dos componentes da superestrutura, sendo a principal fonte de
deformação permanente da via (MUNIZ DA SILVA, 2002). De acordo com
Navaratnarajah et al. (2016), a infraestrutura ferroviária é o componente principal na
ferrovia quando se trata de estabilidade.
Hong et al. (2017) afirmam que estudos envolvendo rigidez e resistência do
subleito ferroviário são fundamentais, porque esses componentes são responsáveis
por receber toda a carga proveniente das rodas, cargas laterais e cargas de frenagem
e aceleração dos trens. Caso o subleito esteja em deterioração, ele não realizará a
função de absorção das cargas solicitantes.
Tendo isso em vista, a investigação do subleito se faz muito importante e
juntamente a implantação de novas técnicas, tecnologias e parâmetros de avaliação.
Hong et al. (2016) mencionam que ensaios, como: a Percussão (SPT), Cone (CPT),
Pressiômetro (PMT) e Dilatômetro (DMT), podem causar perturbação no solo devido
ao diâmetro dos equipamentos. Outro ensaio que vem sendo encontrado muito na
literatura é o Light Weight Deflectomer (LWD), o qual, de acordo com Nabizadeh et al.
(2019), vem se destacando no âmbito de controle de qualidade de compactação de
rodovias.
Em compensação, conforme Paige-Green e Van Zyl (2019), as pesquisas com
o equipamento Dynamic Cone Penetrometer (DCP) passaram de apenas uma
correlação com California Bearing Ratio (CBR) para um método mais sofisticado, em
que o próprio resultado do ensaio DCP, DN (mm/golpe), é o fator usado para
dimensionamento dos pavimentos.
O ensaio de Penetração Dinâmica (DCP), que foi criado em 1956 na Austrália
(SCALA, 1956) e modificado em 1969 na África do Sul, vem sendo cada vez mais
utilizado no Brasil. O DCP é muito utilizado em países Europeus e da América do
Norte no âmbito de projetos rodoviários por ser fácil de utilizar e de transportar, mais
barato que os outros métodos, mais simples e por não sofrer influência do operador
que realizará o teste. O DCP é um ensaio empírico que permite avaliar o grau de
15
compactação do solo através da avaliação de sua resistência à penetração e estima,
dessa maneira, o módulo de deformabilidade da camada compactada.
Este trabalho apresenta uma metodologia detalhada de execução do ensaio
DCP in situ, mostra os resultados obtidos na área experimental estudada e compara
com os resultados obtidos em laboratório, objetivando alcançar o grau de
compactação do solo trabalhado.
1.1 OBJETIVO PRINCIPAL
Estudar a utilização do Dynamic Cone Penetrometer (DCP) para avaliar o
subleito de vias férreas a partir do grau de compactação (GC) obtido por meio da
correlação entre DN (mm/golpe) e massa específica aparente seca (g/cm³).
1.2 OBJETIVOS SECUNDÁRIOS
• Desenvolver uma correlação entre DN (mm/golpe) x ρ (g/cm³) para solos de
granulometria fina e com coesão.
• Definir metodologia de avaliação qualitativa do subleito ferroviário localizado
na Região Sudeste do Brasil com base no GC (%).
• Avaliar o impacto do teor de umidade nos resultados de DN (mm/golpe) e a
projeção disso sobre os resultados da massa específica aparente seca.
• Avaliar a metodologia proposta por Matisinhe (2016) para obtenção da
densidade in situ do solo.
16
2. JUSTIFICATIVA
Para que o modal ferroviário passe de 15% para 31% de participação na
matriz de transporte nacional, novas linhas deverão ser implantadas (ANTF, 2019) e
a manutenção assertiva focada no menor tempo de interrupção possível deve ser
planejada e executada.
De acordo com Prasad (2016), um planejamento efetivo economiza valores
monetários desembolsados para manutenção e recursos, além disso, afeta
positivamente a segurança e a eficiência da intervenção de manutenção. Boddupalli
et al. (2019) comentam que pesquisas realizadas nos EUA, em empresas de
transporte ferroviário, encontraram valores partindo de $0,59 até $3,00/milha
aplicados na manutenção. Simson et al. (2000) informam que os custos com
manutenção podem reduzir de 5 até 10% em uma ferrovia Australiana, através de
planejamento.
Para que se torne possível realizar uma manutenção assertiva com menor
consumo de tempo, tempo o qual seria utilizado para a circulação de trens, e com
custos dentro do planejamento, é necessário que sejam feitas as devidas prospecções
em campo. Atualmente existem poucas metodologias de prospecção de campo que
possam auxiliar na avalição preliminar da plataforma ferroviária. Desta forma, ou se
parte para avaliações que possam impactar a circulação ferroviária, onerosas ou
então para ensaios laboratoriais.
Dessa forma, essa dissertação busca desenvolver uma metodologia de
prospecção inicial da plataforma ferroviária através do uso do DCP. Essa prospecção
pode resultar na necessidade de ensaios complementares ou não, porém o objetivo
dele é viabilizar uma análise simples e econômica para dar o ponta pé inicial na
avaliação do local em questão. Além disso, sabendo da importância que o modal
ferroviário ocupa na economia nacional, considera-se importante o desenvolvimento
de trabalhos ligados ao tema.
17
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 HISTÓRICO DA FERROVIA NO BRASIL
As primeiras estradas de ferro foram construídas no país no século XIX. As
linhas ligavam a cidade de Petrópolis a Mauá, no estado do RJ, a ferrovia D. Pedro II,
ligando a capital carioca às cidades de Rio Paraíba e o sul de Minas Gerais e a linha
que ligava Santos a Jundiaí, no estado de São Paulo (MONASTIRSKY, 2006). No
início do século XX, a malha ferroviária paulista acabou assumindo mais destaque
devido à expansão dos cafezais, tornando-se a maior e mais eficiente do país na
época (MONASTIRSKY, 2006).
De acordo com Schoppa (2004), até meados do ano 1950, a ferrovia foi o
principal meio de transporte do Brasil, havendo o predomínio das concessões
estrangeiras no primeiro momento. Em seguida passou a ser explorada pelo estado,
até a malha ser devolvida ao setor privado (MONASTIRSKY, 2015).
Já no século XX, iniciaram-se os processos de privatização das estradas de
ferro do Brasil. Desde então fusões e alterações de nomes ocorreram nas detentoras
das malhas ferroviárias. A Tabela 1 mostra a extensão de cada malha de acordo com
a empresa privada, que é a atual responsável pela concessão.
Tabela 1 - Concessões ferroviárias brasileiras
FERROVIA NOME EXTENSÃO
(km)
RUMOMN Rumo Malha Norte 735,26
RUMOMO Rumo Malha Oeste 1.973,12
RUMOMP Rumo Malha Paulista 2.055,32
RUMOMS Rumo Malha Sul 7.223,37
EFC Estrada de Ferro Carajás 977,97
EFPO Estrada de Ferro Paraná Oeste 248,10
EFVM Estrada de Ferro Vitória-Minas 894,22
VLI VLI 7.222,13
FNSTC Ferrovia Norte Sul - Tramo Central 855,80
FNSTN Ferrovia Norte Sul - Tramo Norte 744,50
FTC Ferrovia Tereza Cristina 163,45
FTL Ferrovia Transnordestina 4.295,14
MRS MRS 1.685,43
TOTAL >>> 29.073,80
Fonte: ANTT, 2017
18
3.2 PANORAMA ATUAL DA FERROVIA NO BRASIL
Atualmente há cerca de 29.000 km de malha ferroviária no Brasil, conforme
pode ser visto na Tabela 1. A distribuição da malha ferroviária brasileira ocorre mais
na Região Sul do país, tal como mostrado na Figura 1. Entretanto, a ferrovia mais
produtiva no ano de 2019, ou seja, a que transportou mais toneladas de produto por
quilômetro de ferrovia implantado, Tonelada Quilômetro Útil (TKU), está localizada na
Região Norte e Nordeste.
Figura 1 - Malha Ferroviária Brasileira
Fonte: ANTF, 2020
19
A grande maioria das ferrovias implantadas são concessões para empresas
privadas que utilizam as estradas de ferro para transporte de açúcar, milho, soja,
minério de ferro, celulose, entre outros produtos de exportação ou utilização no próprio
país. A Figura 2 demonstra a divisão dos produtos mais transportados, a partir dos
dados de toneladas úteis, pelas ferrovias brasileiras no ano de 2020, de acordo com
a ANTF.
Figura 2 – Principais produtos transportados pela ferrovia brasileira em 2019
Fonte: ANTT, 2020
O país possui ferrovias consideradas heavy haul, as quais transportam cargas
por eixo superiores a 25 toneladas e demanda transportada acima de 20 milhões de
toneladas brutas anuais. A Figura 3 mostra o resultado das principais ferrovias do país
no ano de 2019 em milhares de toneladas úteis transportadas. Dentre as ferrovias
heavy haul destacam-se: Estrada de Ferro Carajás e Vitória Minas, ambas
pertencentes à Vale, MRS Logística e à Rumo.
Segundo a ANTF (2018), desde 1997, ano seguinte ao início do processo de
privatização, já ocorreu um acréscimo de 98,8% no volume transportado, chegando a
cerca de 500 milhões de toneladas transportadas.
20
Figura 3 - Resultado do volume transportado pelas principais concessionárias ferroviárias do país em milhares de toneladas úteis (MTU) em 2019
Fonte: ANTT, 2020
Esse acréscimo se deve ao valor de investimento que vem sendo feito nas
estradas de ferro. Com base em valores publicados pela agência, Figura 4, já foram
investidos mais de R$ 50 bilhões de reais desde o início do processo de concessão
(ANTF, 2018). Esse investimento foi feito na recuperação das vias e no material
rodante, como aquisição de novos trilhos e rodeiros de vagões e locomotivas,
respectivamente, aquisição de novas tecnologias e capacitação profissional dos
recursos humanos.
Figura 4 - Evolução dos investimentos na malha ferroviária brasileira em milhões de reais (MMR$)
Fonte: ANTF, 2020
Entretanto, apesar do grande aumento citado anteriormente, a matriz
ferroviária ainda representa apenas 15% do que é transportado no país, muito abaixo
21
de países como EUA e Rússia. A Figura 6 compara esse valor ao de outros países de
dimensão territorial similar.
Figura 5 - Comparação matriz transporte de cargas
Fonte: ANTF, 2019
Esse desiquilíbrio se dá pelo fato de que há pouca extensão de ferrovia no
Brasil se comparado a outros países em desenvolvimento, ou já considerados de
primeiro mundo. A razão extensão de quilômetros de ferrovia sobre a área do país
pode ser vista na Tabela 2.
Tabela 2 - Densidade das malhas ferroviárias
Área (milhões km²)
Ferrovia (mil km)
Ferrovia/Área (km/1.000 km²)
EUA 9,83 224,79 22,87
Índia 3,29 68,53 20,83
China 9,60 191,27 19,92
África do Sul 1,22 20,99 17,20
Argentina 2,78 36,92 13,28
México 1,96 15,39 7,85
Canadá 9,98 77,93 7,81
Rússia 17,10 87,16 5,10
Austrália 7,74 36,97 4,78
Brasil 8,52 28,54 3,35 Fonte: ANTF, 2018
22
3.3 VIA FERROVIÁRIA PERMANENTE
De acordo com Muniz da Silva (2002), a terminologia via permanente é
oriunda do fato de que as linhas se originaram das vias carroçáveis, as quais
continuaram permanentes mesmo passando por adversas condições climáticas.
A via permanente é dotada de trilhos, fixação de trilhos, dormentes, lastro,
sublastro, reforço do subleito, quando necessário, e subleito. As camadas
constituintes da via permanente podem ser vistas na Figura 7.
Figura 6 - Camadas Via Permanente
Fonte: Selig e Waters, 1994
Os componentes apresentados na Figura 7 são ainda divididos em dois
grupos, infra ou subestrutura e superestrutura. Selig (2001) classifica como
subestrutura os elementos: lastro, sublastro, subleito, obras de arte especiais e obras
de arte correntes existentes. Já Brina (1979) entende que o elemento lastro já faz
parte da superestrutura da via permanente, enquanto a infraestrutura é constituída
pelo sublastro, subleito e obras de arte especiais e correntes.
As funções de cada um dos elementos constituintes da via permanente são
discutidas nos itens seguintes.
23
3.3.1 Trilho
Conforme explica Sousa (2016), o trilho possui a função de guiar e oferecer
suporte ao tráfego do veículo. Segundo Nabais (2014), o trilho transfere para os
dormentes as solicitações do material rodante.
Os trilhos são fixados aos dormentes em distâncias denominadas bitolas.
Essa distância é medida entre as faces internas da parte superior do trilho,
denominado boleto e, de acordo com Brina (1979), no Brasil existem duas dimensões
de bitola, sendo elas de 1000 mm e 1600 mm, sendo a segunda definida de acordo
com o Plano Nacional de Viação como o padrão nacional. O valor de bitola standard
e adotado em outros países é de 1435 mm e foi estabelecido na conferência
internacional de Berna.
Inicialmente os trilhos eram duas vigas de madeira colocadas paralelamente
para facilitar o serviço dos animais que puxavam as cargas. Após vários anos foi
criado o perfil de trilhos que é usado atualmente. De acordo com Ribeiro (2012), o
perfil foi criado por Vignole em 1836, que idealizou uma peça que permitia uma fixação
adequada e uma alta resistência.
O perfil, Figura 7, é constituído por boleto, alma e patim e possui as seguintes
características: massa de boleto é quase idêntica à massa do patim, o trilho possui
resistência à torção transversal e raio de curvatura no topo do boleto compatíveis ao
contato de distribuição de carga das rodas.
Figura 7 - Perfil de trilho depositado sobre o lastro formado por boletim, alma e patim
Fonte: Autoria própria
24
Silva (2016) acrescenta que a normatização vigente classifica os trilhos de
acordo com sua massa por metro (kg/m), e as especificações dos trilhos padrão
Vignole estão consolidadas na NBR 7590/2012.
3.3.2 Fixações
Selig e Waters (1994) explicam que a função das fixações, Figura 8, é a de
manter os trilhos corretamente posicionados nos dormentes, evitando que o trilho
sofra qualquer tipo de deslocamento vertical, longitudinal ou lateral devido a esforços
provenientes das rodas dos veículos ou da variação de temperatura.
As fixações mais conhecidas são: tirefond (Fig. 8a) e prego (Fig. 8b),
denominadas fixações rígidas, e pandrol, deenik e geo, denominadas fixações
elásticas. As fixações elásticas são instaladas sob pressão no patim dos trilhos,
diferentemente dos elementos de fixação rígida, que são parafusados ou pregados
nos dormentes.
Figura 8 – (a) Tirefond com arruela dupla de pressão (b) Prego de via
Fonte: (a) Autoria própria (b) Google
Conforme explica Klincevicius (2011), as fixações rígidas tendem a se
afrouxar com o tempo por causa de impactos e vibrações da via, ao passo que as
fixações elásticas mantêm uma pressão mais constante no trilho.
Os elementos de fixação elástica precisam de placas de apoio para serem
instalados. As placas também auxiliam na distribuição da carga do trilho para o
dormente.
25
Figura 9 - Trilho e sistema de fixação - tirefond e grampo pandrol
Fonte: Autoria própria
3.3.3 Dormentes
Os dormentes são peças postas perpendiculares aos trilhos e são mais
comumente constituídos de madeira, concreto e aço (KLINCEVICIUS, 2011). Brina
(1979) destaca as seguintes características que o dormente deve possuir: dimensões
compatíveis, rigidez e elasticidade, resistência aos esforços da via, durabilidade,
permitir o nivelamento da via e manter o espaçamento dos trilhos.
3.3.3.1 Madeira
Brina (1979) expõe que o dormente de madeira (Fig. 10) possui o uso mais
tradicional, pois suas características se encaixam muito bem nas necessidades da
ferrovia. Entretanto, devido à escassez da madeira de lei e ao alto custo vinculado ao
material, buscaram-se alternativas.
Sousa (2016) coloca que a normativa que define termos aplicáveis às
madeiras utilizadas como dormentes para ferrovias é a NBR 6966/1994. O autor
também ressalta que os fatores que podem afetar a durabilidade do material são:
clima, drenagem inapropriada da via, peso das composições, velocidade, tratamento
da madeira – época do corte e grau de secagem – entre outros.
26
Figura 10 - Dormentes de madeira
Fonte: Autoria própria
3.3.3.2 Concreto
Em virtude da escassez da madeira, muitos países começaram a estudar e a
adotar os dormentes de concreto protendido (Fig. 11). Atualmente existem dois tipos
de dormente de concreto, sendo eles o monobloco e o bibloco (SOUSA, 2016). Os
dormentes de concreto podem ser protendidos, como os desenvolvidos no Reino
Unido, ou pós-tensionados, como os desenvolvidos na Alemanha. Nabais (2015)
destaca esse material devido à rigidez e à durabilidade, embora apresente
dificuldades de manejo pelo peso elevado. Vias construídas com esse tipo de
dormente apresentam qualidade estrutural superior, melhor estabilidade e menor
necessidade de manutenção.
27
Figura 11 - Dormente de concreto monobloco
Fonte: Google
Esveld (2001) destaca algumas desvantagens do concreto sendo aplicado no
dormente: baixa capacidade de absorver vibrações, maior transmissão de cargas
dinâmicas para o lastro – aumento de 25% − e aumento dos riscos de danos por
impacto.
3.3.3.3 Aço
O dormente de aço, Figura 12, é definido por Brina (1979) como sendo uma
chapa de aço laminado, com formato de “U” invertido, curvada nas extremidades para
formar garras que possam ser introduzidas no lastro e se opor ao deslocamento
transversal da via. Entre as características do material, Nabais et al. (2014) destacam:
alta propagação de ruídos, bom condutor de eletricidade, mais rigidez e difícil fixação
dos trilhos – tende ao afrouxamento, necessitando de manutenção permanente –, os
furos de passagem dos parafusos enfraquecem o dormente e causam fissuras que,
se prolongadas, tornarão o dormente inútil e dificultarão a socaria do lastro.
28
Figura 12 - Dormente de aço
Fonte: Google
• Plástico
Nabais et al. (2014) expõem as seguintes vantagens do material (Fig. 13):
resistência mecânica comparada à da madeira, resistência ao apodrecimento, à
umidade e à ação de insetos e fungos, previsão de vida útil entre 40 e 50 anos,
reciclável. Durante o ciclo de vida, possui menor taxa de emissão de gases de efeito
estufa e dióxido de carbono quando comparado aos outros materiais. Como
desvantagem, Macedo (2009) menciona o alto custo final do produto.
Figura 13 - Dormente de plástico
Fonte: Google
29
3.3.4 Lastro
Selig (2001) coloca o lastro como sendo um elemento que ancora a linha,
reduz a tensão transmitida para o subleito e facilita as correções geométricas que se
fazem necessárias.
Klincevicious (2011) completa informando que o lastro é formado por um
material granular, cuja espessura varia entre 250 mm e 350 mm e ressalta as
principais funções do elemento, sendo elas: suportar e distribuir as tensões verticais,
transmitir tensões para o subleito, garantir uma estabilidade para a grade – conjunto
trilho, dormente e fixação – lateral e longitudinal, permitir a drenagem de via, prover
elasticidade para a via e amortecer vibrações e ruídos.
Silva (2016) destaca as principais características que o agregado graúdo deve
ter a fim de ser utilizado como lastro, de acordo com a AREMA, 2003: dureza,
durabilidade, resistência à abrasão, isento de contaminantes, elevado coeficiente de
permeabilidade e trabalhabilidade.
Medina e Motta (2015) apontam que a composição do lastro é de rocha dura
britada em grãos cúbicos e angulares, uniformemente graduados, variando entre 63 e
80 mm. Nabais et al. (2014) apontam que as rochas mais apropriadas para essa
função são o granito, gnaisse, quartzito, micaxisto, deorito e diabásio.
Selig (2011) por fim ressalta que a melhor escolha de lastro para um lugar é
o com melhor custo, devendo ser levados em consideração o tráfego até o local, as
condições ambientais e o custo para entrega até o local. Assim, nem sempre o melhor
material para o local será o de melhor qualidade.
Selig (2011) também explica como é gerado um dos principais defeitos nas
linhas ferroviárias, o lastro colmatado. De acordo com o autor, em virtude da
degradação do lastro, há criação de materiais mais finos. Esses materiais gerados
pela degradação se unem a materiais finos existentes na linha e se fixam nos vazios
gerados pelo agregado graúdo. Esse processo é denominado no Brasil de colmatação
dos vazios e, conforme menciona Silva (2016), compromete a função de absorção das
solicitações impostas na via.
Marques (2017) menciona mais dois outros tipos de contaminação de lastro.
Um deles ainda é muito ligado à degradação do agregado graúdo, já o terceiro é
30
vinculado a resíduos que caem sobre as vias férreas lastreadas. Segundo Marques
(2017), quando há ausência de sublastro ou quando foi executado de maneira
inadequada, pode haver a migração desses elementos para as camadas superiores
do lastro. Esses tipos de lastro contaminados podem ser vistos na Figura 14.
Figura 14 - Estrutura da via em função da contaminação: (a) desgaste dos elementos de via e infiltração de rejeitos pela superfície; (b) infiltração de materiais subjacentes ao lastro; (c) bombeamento de finos
do subleito.
(a)
(b)
(c)
Fonte: Adaptado de Marques (2017)
Selig (2011) ainda coloca que a renovação ou substituição do lastro é cara e
tende a durar muito tempo, além de comprometer o tráfego de trens. Dessa forma, a
decisão de realizar esse procedimento deve ser bem estudada. Ainda de acordo com
o autor, a substituição do lastro não terá o melhor dos efeitos para a linha se o sistema
de drenagem da plataforma não estiver funcionando corretamente.
Rudolf et al. (2005) colocam que uma operadora austríaca chega a necessitar
de 500.000 t a 700.000 t de lastro por ano. De acordo com Stefani (2003), na estrada
de ferro norte-americana Burlington Northern Santa Fe (BNSF), dos anos de 1983 até
2002 foram substituídos em média 50,8 m³ de lastro por km de ferrovia.
31
Já no Brasil, Sgavioli et al (2015) informa que quando há uma renovação
parcial da camada de lastro, ou seja, descarga de uma camada superficial, o consumo
gira em torno 500 m³/km para uma das linhas principais da Estrada de Ferro Vitória
Minas (EFVM). Entretanto, quando há renovações com substituição do lastro variando
entre 50 e 100%, os volumes passam para 900 e 2.100 m³/km, respectivamente.
3.3.5 Sublastro
O glossário ferroviário do DNIT coloca o sublastro como sendo uma camada
inferior ao lastro que possui contato direto com a plataforma de terraplenagem, sendo
constituída de material de menor custo que o do lastro e de qualidade suficiente para
prover drenagem e capacidade de suporte para os esforços mecânicos do pavimento.
Brina (1979) cita que o sublastro deve possuir as seguintes características:
• Aumentar a capacidade de suporte da plataforma e permitir projetos
com menores alturas de lastro;
• Evitar migração de material para as camadas adjacentes, seja lastro
para o subleito, sejam finos do subleito para o lastro através do
bombeamento;
• Aumentar a resistência do subleito à erosão;
• Servir como elemento do sistema drenagem da via e;
• Colaborar com a elasticidade da via.
Fortunato (2005) diz que no sublastro usam-se materiais naturais graduados,
areias cascalhentas, materiais naturais britados ou detritos de pedreira. As partículas
devem ser de boa resistência ao desgaste e sua granulometria deve proporcionar as
funções de filtro e de separação entre o lastro e a fundação.
Selig (2011) menciona que o sublastro é a segunda camada estrutural que
auxilia na redução de tensão para o subleito, tendo uma função muito importante na
drenagem. De acordo com o autor, o sublastro deveria receber mais atenção do que
vem recebendo atualmente graças ao seu papel fundamental na qualidade da via.
Silva Filho (2018) destaca, entretanto, que a utilização do sublastro como
camada impermeável construída com solos tropicais já laterizados apresentaram
excelentes resultados. A camada, se atendendo os parâmetros de compactação e
umidade, auxilia na proteção mecânica do subleito e na impermeabilização dele,
32
garantindo por mais tempo as condições estruturais da plataforma e por consequência
a qualidade da via permanente no local.
3.3.6 Subleito
Kennedy (2011) coloca que o subleito, ou plataforma, é considerado a
fundação da ferrovia e pode ser feito com solo natural do local ou com material
selecionado. Kennedy (2011) adiciona informando que a função do subleito é a de
prover uma fundação estável, tendo uma importância significativa para a via férrea.
De acordo com Silva (2016), dentre as características que devem ser
observadas em fase de projeto para o subleito, mencionam-se:
• Propriedades físicas do material do subleito: coeficiente de Poisson,
granulometria, módulo de resiliência, dentre outros;
• Espessura do subleito ou da camada final de terraplenagem.
Medina et al. (2015) ressaltam a atenção que deve ser dada à camada do
subleito. Segundo Medina et al. (2015), as especificações de subleito consideradas
para a ferrovia são semelhantes à da rodovia, porém não levam em consideração as
peculiaridades das estradas de ferro. Além disso, o subleito não vai ser acessível para
melhorias posteriores e, tendo em vista o crescimento da velocidade e das cargas por
eixo, é fundamental prover o melhor subleito possível desde o início.
Selig (2011) menciona seis métodos de tratamento de subleito conforme
abaixo:
1 Mistura de solo: a mistura de solo com cimento tem como objetivo reforçar o
solo para compressão e tensão cisalhante;
2 Mistura de Cal: mistura física de cal em argilas a fim de melhorar as
características da argila para que ela seja compactada;
3 Reconstrução: compactar solos existentes ou substituir os solos do local com
tipos de solo de melhor compactação;
4 Reforço: instalação de elementos celulares de plástico ou metal, como
geotêxteis, tendem a reforçar o solo;
5 Redução de tensão: aumento da espessura de lastro e sublastro tendem a
diminuir a tensão repassada para o subleito;
33
6 Grouting: Por último, a injeção de misturas de grout a fim de reforçar o solo,
reduzir a percolação de água.
34
3.4 CONE DE PENETRAÇÃO DINÂMICA (DCP)
3.4.1 Histórico Cone de Penetração Dinâmica
Dynamic Cone Penetrometer (DCP), ou Cone Penetração Dinâmica, foi
desenvolvido primeiramente na Austrália em 1956 por Scala, com o intuito de analisar
subleitos (TRICHÊS et al., 1999). Posterior a isso, foram desenvolvidos pesquisas e
métodos de ensaio para avaliar a capacidade de suporte do solo, característica
principal para a construção de pavimentos.
Segundo Alves (2002), o DCP vem sendo utilizado desde 1973 na África do
Sul, para medições rápidas de resistência pelo Departamento de Estradas do país,
além de ser estudado e utilizado na Austrália, Argentina e Indonésia. Alves (2002)
menciona também que o equipamento criado por Scala foi empregado na avaliação
da capacidade de suporte do substrato do Aeroporto de Ben Gurion, Israel.
De acordo com Paige - Green et al. (2009), pesquisas continuaram sendo
realizadas na África do Sul, mais especificamente com o uso do software Heavy
Vehicle Simulator (HVS). Através desse teste conseguiu-se adicionar parâmetros,
como: tempo de penetração, intensidade de tráfego, umidade, rachaduras,
deformação e deflexão em diferentes profundidades, desenvolvendo assim uma
relação entre a penetração do DCP e a expectativa de vida útil do pavimento.
No Brasil, Alves (2002) destaca os estudos desenvolvidos por Heyn no DER-
PR, Rohn e Nogueira na USP de São Carlos, por Oliveira e Vertamati no Instituto
Tecnológico de Aeronáutica (ITA), na Paraíba por Rodrigues e Lucena em 1991 e
Santana et al. em 1998, Santa Catarina por Cardoso e Trichês. Além desses nomes,
o autor deste trabalho aproveita para mencionar a própria autora Alves, e Dal Pai da
Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) e a autora Berti da Universidade
Estadual de Campinas (UNICAMP) pelos seus trabalhos.
35
3.4.2 Método de ensaio
O equipamento de cone penetração, Figura 15, consiste em uma haste de aço
de 16 mm de diâmetro, possuindo no final da haste uma ponta cônica de aço de 60º
e 20 mm de diâmetro. Há também um martelo de 8 kg, que se desloca por uma
distância de 575 mm do topo da haste até a parte inferior dela. A penetração da ponta
de aço é medida por uma régua posta ao lado da haste vertical. O DCP é projetado
para penetrar de 800-1.200 mm, segundo Kleyn e Savage (1982).
O primeiro passo do ensaio é realizar a leitura inicial na escala no momento
que o penetrômetro é posto na vertical. Seguinte a isso, deve-se elevar o martelo até
o topo da haste deslizante de 575 mm, e deixar o corpo de massa de 8 kg cair. Essa
queda deve ser livre de qualquer influência de força externa, tal como o movimento
da mão do operador.
Figura 15 - Equipamento DCP
Fonte: Dal Pai (2005)
36
De acordo com a norma americana ASTM D-6951 (2003) e a do departamento
de estradas e rodovias de Saskatchewan, Canadá, devem ser anotados os avanços
da ponta cônica em uma tabela a cada golpe do martelo. Entretanto, Saskatchewan
Highways and Transportation (1992) afirma que as leituras podem ser alteradas se a
penetração que vem sendo apresentada é menor que 20 mm/golpe:
• Uma leitura a cada dois golpes caso leituras estejam entre 10-20 mm
• Uma leitura a cada cinco golpes caso leituras estejam entre 5-9 mm
• Uma leitura a cada dez golpes caso leituras estejam entre 2-4 mm
Já a norma americana ASTM D-6951 (2003) comenta que as leituras podem
ser feitas após um número fixo de golpes, sendo: 1 golpe para materiais “moles”, 5
golpes para um material “normal” e 10 golpes para um material mais “resistente”.
Existem outros tipos de mecanismo que compõem o DCP, apresentando
variação na angulação da ponta cônica, 30º e 60º, e pela energia de cravação. De
acordo com Kleyn e Savage (1982), a ponteira de 60º possui mais durabilidade de
serviço e produz uma definição de pontos críticos mais correta.
3.4.2.1 Resultados do DCP
Com base nos valores lidos do equipamento durante a realização do ensaio,
é plotado em um gráfico de penetração, no eixo vertical, versus número de golpes, no
eixo horizontal. Trichês e Cardoso (1999) afirmam que a curva DCP obtida indica o
número de golpes para se alcançar uma dada profundidade.
De acordo com Trichês e Cardoso (1999), a primeira leitura de penetração do
DCP é sempre desconsiderada, pois, no primeiro golpe, a superfície de contato entre
o cone e o solo não é a mesma dos golpes posteriores. Segundo Oliveira e Vertamatti
(1998), no cálculo da razão de penetração não se deve levar em consideração o
deslocamento do cone correspondente ao primeiro golpe.
Citadas por Herrick et al. (2001), as medidas do cone de penetração podem
ser expressas como o número de golpes por milímetro de penetração ou como a
resistência média do solo por profundidade do solo penetrado. De acordo com Trichês
e Cardoso (1999), e como pode ser visto na Figura 16, a inclinação da reta obtida pelo
gráfico “golpes versus penetração” indica a resistência do solo e é denominado índice
37
DCP, também denominado DN. Quando verticalizada, os materiais apresentam menor
capacidade de carga, todavia, quanto mais horizontalizadas, os materiais apresentam
mais capacidade de carga.
Dando continuidade a essa análise, segundo Alves (2002), quando há uma
alteração na inclinação das retas, há um indicativo de que uma camada de material
foi atravessada, variação do teor de umidade, ou ainda, variação da massa específica
aparente.
Figura 16 - Curva DCP
Fonte: Dal Pai (2005) apud Cardoso e Trichês (1999)
O índice DCP, ou DN, representa a resistência do material e é obtida através
da Fórmula 1:
𝑫𝑵 = 𝑫𝑪𝑷 =𝒑𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆
𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒈𝒐𝒍𝒑𝒆𝒔 (1)
Com base no índice de DCP e características das curvas do ensaio,
representadas na Figura 17, podem ser feitas algumas interpretações.
38
Figura 17 - Característica das curvas DCP (a) penetração linear (b) penetração com perda de resistência (c) penetração com ganho de resistênia
Fonte: Alves e Trichês (2002)
De acordo com a curva da Figura 17a, pode-se interpretar que o solo está
compactado homogeneamente de acordo com a profundidade, mostrando assim um
eficiente controle de compactação. A Figura 17b indica que a parte superior da
camada está compactada com um grau de compactação maior que a parte inferior.
Essa curva pode indicar que há um gasto desnecessário de energia para
compactação, ou o equipamento utilizado não é adequado para a operação, ou ainda
que a camada seja muito espessa. Por último, a Figura 17c indica que a parte superior
da camada apresenta um grau de compactação ruim em relação à parte inferior à cota
-400 mm, portanto, há uma necessidade de recompactação (ALVES e TRICHÊS,
2002).
Alves e Trichês (2002) ainda demonstraram outra maneira de representação
gráfica da curva DCP. Dessa vez, como pode ser visto na Figura 18, o eixo das
abcissas representa o índice DCP (DN), e o eixo das ordenadas, a profundidade.
Segundo os autores Alves e Trichês (2002), o Diagrama Estrutural auxilia na
compreensão de algumas características do material, como: teor de umidade ou
massa específica aparente. O Diagrama Estrutural também auxilia na visualização da
mudança de camada de material.
39
Figura 18 - Diagrama estrutural DCP
Fonte: Alves (2002)
Quando o diagrama apresenta uma constância da curva plotada, há uma
indicação de que não há alteração das características do material em estudo. O
Número Estrutural DCP (DSN), representado pelo Diagrama Estrutural, representa o
número de golpes necessários para a penetração de uma profundidade de camada.
3.4.3 Aplicações do DCP
Amini (2003) publicou um documento juntamente com o Departamento de
Transporte do Mississipi nos Estados Unidos, em que mencionava os potenciais usos
do DCP. Na época Amini (2003) desenvolveu uma revisão bibliográfica mencionando
as principais pesquisas desenvolvidas envolvendo o equipamento. As pesquisas
tiveram início cerca de três décadas anteriores à publicação do autor.
40
3.4.3.1 Correlações DCP x CBR
Dentre as principais aplicações mencionadas por Amini (2003), ressaltam-se
as seguintes: correlação DCP x CBR, DCP x Módulo de Resiliência, DCP x
Resistência à compressão e DCP aplicado no controle de qualidade de compactação.
No âmbito da correlação DCP x CBR, Parmar (2019) desenvolveu uma curva
específica para sua região de estudo na Índia, onde encontrou solos arenosos, argilo-
arenosos e argilosos. De acordo com o autor, a correlação obtida por ela pode ser
considerada boa, pois obteve um R²> 0,7.
Chibwe (2019) aplicou as correlações publicadas pela TRL (1990) entre CBR
e DN para redimensionar pavimentos de baixo volume de tráfego. De acordo com
Chibwe (2019), os resultados obtidos através da correlação CBR x DCP utilizadas no
trabalho levaram a uma redução na dimensão do pavimento devido a melhor avaliação
da situação in situ do solo.
Amadi et al. (2018) desempenharam seu trabalho da mesma forma, ou seja,
desenvolveram uma correlação local entre CBR x DCP para sua região de estudo
localizada em Minna, Nigéria. De acordo com os autores, as correlações publicadas
pela TRL (1993) levaram a valores de CBR superiores aos estimados pela curva
obtida Amadi, et al. (2018). De acordo com os autores, isso se justifica pelo tipo de
solo com o qual a correlação da TRL (1993) foi publicada – solos de granulometria
grossa e fina, em compensação o trabalho de Amadi et al. (2018) retratou a correlação
para solos classificados como: A-2-6 (SC), A-2-4 (SM) e A-6 (CL). Amadi et al. (2018)
concluíram, a partir dos resultados obtidos no ensaio DCP em campo, que a camada
superior do local de estudo apresentava compactação ruim e/ou era um solo mal
selecionado para a finalidade de fundação de rodovia.
Wilches et al. (2019) desenvolveram uma correlação específica para a área
de estudo na qual trabalharam na Colômbia, onde os solos trabalhados possuíam
coesão e partículas finas. Wilches et al. (2019) concluíram que a curva obtida por eles
também apresentou boa correlação com R²> 0,8.
Al-Obaidi et al. (2018) realizaram pesquisas com um solo colapsível no Iraque,
mas, mesmo assim, obtiveram correlações muito similares às publicadas por Harison
(1986) e pela MnDOT (1996).
Sidhu et al. (2018) também buscaram trabalhar sobre a correlação DCP x
CBR, porém notaram que os valores obtidos através da correlação proposta por eles
41
variaram de acordo com mudança da densidade e teor de umidade. Fato esse já
descrito nos trabalhos de Kleyn e Savage (1982), Hassan (1996), Lima (2000), Alves
(2002), Schlögel (2015), Torres (2017).
3.4.3.2 Correlações DCP x Módulo de Resiliência (MR)
Quanto às atuais pesquisas relacionadas ao módulo de resiliência e DCP,
destaca-se o trabalho de George e Udin (2000), os quais desenvolveram um trabalho
para o Departamento de Transporte do Mississipi, no qual pode ser vista uma
correlação para solos coesivos e não coesivos. Os autores informaram que outras
propriedades físicas do solo são importantes e devem ser levadas em consideração
ao relacionar DCP e Módulo de Resiliência.
Herath et al. (2005) realizaram pesquisas em solos coesivos e obtiveram bons
resultados para a correlação. No entanto, reforçam a influência que a densidade,
umidade e tipologia de solos causam nos resultados.
Mousavi et al. (2018) avaliaram as curvas de correlação de Hasan (1996),
George e Udin (2000), NCHRP (2004), Herath et al. (2005) e Mohammad et al. (2008)
para o tipo de solo argiloso (A-4) com o qual estavam trabalhando e concluíram que a
correlação era muito baixa, justificando a busca por novas correlações específicas.
Por fim, Cruz (2019) obteve a correlação do DCP com o módulo resiliente do
sublastro de uma ferrovia com a finalidade de desenvolver uma avaliação simplificada
da condição da plataforma da ferrovia.
3.4.2.3 DCP aplicado na caracterização de solos
Quanto aos trabalhos com o objetivo de caracterização de camadas de solo,
destaca-se, primeiramente, o trabalho realizado por Hong et al. (2016), os quais
utilizaram um DCP estático e dinâmico para avaliar a espessura de uma camada de
lastro e sublastro de uma ferrovia na Coreia do Sul. Além disso, Hong et al. (2016)
promoveram algumas mudanças no equipamento DCP utilizado na pesquisa,
tornando-o capaz de coletar informações de tensão de ponta e atrito lateral na haste
de penetração.
42
Seguindo a mesma linha de trabalho, Haddani et al. (2016) fizeram uso do
PANDA e Geoendoscópio para realizar avaliações do lastro e sublastro. PANDA é um
DCP adaptado com sensores que passam informações da energia aplicada a cada
golpe e deslocamento vertical para central de aquisição de data. (HADDANI et al.,
2016).
Lee et al. (2014) fizeram uso do DCP para validar informações obtidas por
meio do Soil Stiffness Gauge em solos arenosos mal graduados, siltes arenosos e
areais bem graduadas com silte da Coreia do Sul. De acordo com Lee et al. (2014),
as correlações foram satisfatórias, porém não deixou de mencionar que o silte arenoso
e a areia bem graduada com silte tiveram influência da umidade nas respostas.
Hamid et al. (2018) avaliaram o impacto da densidade e do nível da água
sobre os resultados de grau de compactação de areias através do uso do DCP.
Através desses estudos, Hamid et al. (2018) concluíram que areias bem drenadas
poderiam aumentar sua resistência de penetração do DCP em até 170%.
Por fim, Almeida et al. (2019) utilizaram o DCP para identificar parâmetros de
um solo laterítico, residual e colapsível formado por intemperismo de basalto e de
baixa permeabilidade na Região Oeste do Estado do Paraná, Sul do Brasil. Os autores
concluíram que o DCP é uma ótima ferramenta para estimativa de índices físicos e
parâmetros de resistência ao cisalhamento. Porém, para que obtivessem correlações
aceitáveis (R²>0,5 e p-valor<0,05), foram necessárias realizações de regressões
duplas, ou seja, obtenção de um valor em função de outros dois parâmetros.
3.4.2.4 DCP aplicado no controle de qualidade
Outra função do DCP é no controle de compactação de aterros. Como há
necessidade da verificação constante e ao longo de uma área grande, prefere-se usar
o DCP pelo preço e agilidade de obtenção de resultados (JAYAWICKRAMA et al.
2000). Amandi et al. (2018) comentam que, de maneira geral, o controle de qualidade
convencional de compactação não é confiável devido à baixa amostragem do ensaio,
em que, segundo eles, apenas 1% da área é controlada.
Voltado para esse assunto, ressalta-se o trabalho de Alam et al. (2014), os
quais correlacionaram os valores de DN (mm/golpe) com a resistência à penetração
em areia em diferentes graus de compactação em Bangladesh. Os autores notaram
43
que os resultados obtidos por eles apresentaram uma pequena variação devido à
influência de material fino. Dessa forma eles propuseram uma correção da curva
obtida em laboratório. Aplicando essa correção nos valores de grau de compactação
estimados através da equação obtida e, validando-os por meio do ensaio de frasco de
areia, os resultados tornaram-se satisfatórios.
O trabalho de Torres (2017) utilizou o DCP para controle executivo de
compactação de vias urbanas na Região Sul do Brasil. De acordo com Torres (2017),
os resultados provaram-se positivos quanto à viabilidade de utilização do
penetrômetro dinâmico.
Chennarapu et al. (2018) avaliaram o grau de compactação de três tipos de
solo: areias argilosas com pedra, argilas arenosas e siltes arenosos. A avaliação foi
feita através do DN (mm/golpe) em áreas desenvolvidas especificamente para o
ensaio na Índia. Os autores também investigaram a influência da altura de queda do
martelo de 8 kg do DCP nos resultados de DN. Os autores concluíram que em
comparação ao frasco de areia, ensaio utilizado para elaboração da correlação DN
(mm/golpe) x massa específica seca [ρ (g/cm³)], o DCP se mostrou mais rápido,
prático e com resultados de correlação satisfatórios se comparados com o trabalho de
Mohammadi et al. (2008). A mesma observação a respeito da comparação com frasco
de areia já havia sido feita por Aguiar et al. (2011) e Schlögel (2015).
Quanto à influência da variação de altura de queda do martelo de 8 kg,
Chennarapu et al. (2018) informam que obtiveram variações entre 11 – 26% nos
valores de DN (mm/golpe), fato importante a ser destacado, pois pode ser um fator
gerador de erros relacionados ao ensaio. Chennarapu et al. (2018) reforçaram
também o que foi identificado por Kleyn e Savage (1982), Hassan (1996), Lima (2000),
Alves (2002), Schlögel (2015) e Torres (2017) a respeito da influência do teor de
umidade nas leituras do DCP. Os autores destacaram que, para o mesmo valor de
massa específica (g/cm³), o teor de umidade pode estar no ramo úmido ou no ramo
seco da curva de compactação, fato que resulta numa variação das leituras de DN.
Ranasinghe et al. (2019) utilizam valores de densidade em termos de DN
(mm/golpe) a fim de modelar um algoritmo que, com base no número de passadas de
um rolo compactador, estima a densidade do solo. Os autores concluíram que o
modelo apresentado é confiável para alguns tipos de solos.
Mohajerani et al. (2019) estudaram exemplares de areia do estado do Oeste
Australiano, aos quais correlacionaram valores de penetração por golpe do DPL
44
(Dynamic Lightweight Cone Penetrometer) e obtiveram resultados satisfatórios
(0,6>R²>0,85), inclusive afirmando que o equipamento confere resultados rápidos,
simples e pouco custosos. De acordo com Mohajerani et al. (2019), o DPL é uma
modificação já normatizada do DCP e apresenta carga de impacto 2,25 kg em vez dos
8 kg do DCP de Scala (1959).
MacRobert et al. (2019) realizaram um estudo estatístico dos resultados de
DN (mm/golpe) obtidos para areias (SP e SW) presentes na literatura e os comparou
com os resultados densidade relativa. Os autores compararam os resultados
coletados por eles com os dos autores Mohammadi et al. (2008) e concluíram que,
mesmo que as areias apresentem a mesma distribuição de partículas, a chance de
que a curva obtida por MacRobert et al. (2019) represente os valores de Mohammadi
et al. (2008) é menor que 1%. MacRobert et al. (2019) concluíram informando que a
correlação DN (mm/golpe) x densidade relativa (%) apresentou um erro de 11%.
3.4.2.5 Erros e Desvantagens do DCP
Gholami et al. (2019) avaliaram a influência do atrito lateral na haste de
penetração do DCP e os possíveis erros de leitura e resultados que esse parâmetro
pode causar quando utilizado em siltes e areias finas com pouca coesão. De acordo
com os autores, deve-se ter atenção em manter o equipamento sempre verticalizado
e rotacioná-lo sempre que possível para evitar a aderência dele ao solo.
Gholami et al. (2019) também comentam que o DCP deve ser utilizado em
profundidades de até 1000 mm devido a possíveis alterações na inércia da penetração
da ponta cônica.
De acordo com Berti (2005), as desvantagens são criadas pelo clima,
intempéries e pela tentativa de análise de camadas mais profundas. A influência do
clima se dá pela conservação de umidade nos vazios do solo, principalmente siltosos
e argilosos em países tropicais. Os solos argilosos também podem apresentar
disparidade no momento da avaliação à resistência em profundidades maiores. Há
possibilidade de o solo aderir-se à haste do equipamento. Para evitar esse tipo de
acontecimento, lubrifica-se o equipamento com substâncias oleosas, diminuindo a
possibilidade de isso ocorrer. Já os solos arenosos, de granulometria maior, com baixa
45
coesão apresentam índices superficiais de DCP baixos, os quais aumentam no
decorrer da penetração.
Outra desvantagem do DCP, conforme amplamente divulgado na literatura, é
a influência da umidade, densidade e tipologia do solo encontrado na região. Tais
características levam à necessidade de curvas de correlação locais com os
parâmetros de controle de qualidade e dimensionamento de pavimentos (LIMA, 2000,
CHUKKA et al., 2012, TORRES, 2017, D. MACROBERT et al., 2019), principalmente
para solos tropicais, os quais, de acordo com Carvalho et al. (2015), apresentam
características diferentes de estrutura e resistência de acordo com o microclima no
qual foi gerado.
Entretanto, apesar das desvantagens enumeradas, o equipamento ainda
assim apresenta baixo custo, facilidade no manuseio e uma vasta gama de
correlações a serem desenvolvidas. Além disso, a concessionária ferroviária possui
um dos equipamentos à disposição para desenvolvimento de ensaios. Portanto,
decidiu-se utilizar o DCP no desenvolvimento do trabalho.
3.5 SOLOS TROPICAIS
De acordo com Nogami e Villibor (1995), em virtude da atuação de processos
geológicos e/ou pedológicos das regiões tropicais e úmidas, os solos apresentam
características e comportamentos diferentes dos solos não tropicais.
De acordo com Lepsch (2002), o processo de intemperismos físico e químico
é constante e atua até que o maciço rochoso entre em equilíbrio com o ambiente no
qual está inserido.
A partir disso, de acordo com Silva Filho (2018), Nogami e Villibor propuseram
na década de 80 uma classificação denominada Miniatura Compactada Tropical
(MCT), denominando o solo entre laterítico e não laterítico.
De acordo com Rocha et al. (2017), o solo laterítico está localizado no
horizonte mais superficial e passou por intensas evoluções pedogênicas. Já o solo
saprolítico tem origem da decomposição da rocha-mãe.
Souza (2016) comenta que os dois solos são encontrados quase sempre em
camadas superpostas, contudo, apesar de possuírem índices físicos semelhantes,
possuem propriedades de engenharia e comportamento diferentes.
46
Dariva (2016) adiciona informando que o horizonte superficial dos solos
tropicais pode apresentar centímetros ou até metros de espessura. A transição entre
esses horizontes pode ser gradual ou abrupta e apresentam variação de coloração
entre as camadas.
De acordo com Santos (1998), o processo de formação dos solos tropicais
ocorre em três etapas:
• Decomposição: estágio inicial onde ocorrem as quebras físico-
químicas dos minerais primários;
• Laterização: estágio secundário de transformação no qual envolve o
processo de lixiviação de bases e sílicas. Bennati e Miguel (2013)
complementam informando que a laterização também pode ser
explicada devido à presença da cimentação por causa da influência dos
óxidos de alumínio ou ferro, podendo resultar em comportamento
colapsível. Nogami e Villibor (1995) completam informando que os
óxidos possuem papel importante na formação de torrões de solo
devido a propriedades cimentantes;
• Desidratação: estágio terciário onde ocorre a desidratação de óxidos e
perda de água.
Sousa (2016) completa informando que uma característica peculiar do solo
laterítico é o surgimento de trincas de retração após a compactação.
Esse fato também foi observado por Carvalho (2015), o qual ponderou que
algumas estradas executadas sobre solos tropicais podem ter uma durabilidade
reduzida devido ao aparecimento de fissuras que são oriundas da retração do solo
quando compactado. Entretanto, em estudos mais recentes, Silva Filho (2018) avaliou
a utilização de solos laterizados (LA’) no nordeste brasileiro e obteve resultados bons
no ponto de vista de deformação.
Viana (2007) publicou uma tabela (Tab. 3) resumindo algumas características
dos solos tropicais com base nos principais ensaios geotécnicos realizados.
Segundo Sousa (2016), bastam dois ensaios para que seja possível realizar a
classificação MCT. São eles: compactação em equipamento miniatura – Mini-MCV e
o ensaio de perda de massa por imersão. As normativas que regem os ensaios são
ME 258 (DNER, 1994) e ME 256(DNER, 1994), respectivamente.
47
Tabela 3 - Resumo de características de solos tropicais
Propriedade Solos Lateríticos Solos Saprolíticos
CBR
Geralmente, apresentam CBR mais elevados (face aos seus índices
classificatórios)
Frequentemente apresentam valores piores (face aos seus índices
classificatórios). Contudo algumas variedades podem ser muito resistentes.
Na densidade seca máxima da energia intermediária, as areias finas argilosas podem atingir CBR de 80% e as argilas
CBR de 40%
Valor de suporte muito dependente da sobrecarga.
Perda de suporte por imersão em água
Reduzida Grande
Expansão Mais baixa
Frequentemente apresentam valores piores face aos seus índices
classificatórios.
Valor de expansão muito dependente da sobrecarga.
Classificação HRB/ AASHTO
De uma maneira geral, possuem capacidade de suporte maior do que a
prevista pela classificação.
Muitas variedades de solos dos grupos A-1, A-2 e A-4 podem ter capacidade de
suporte inferior à prevista pela classificação.
Os solos dos grupos A-2 e A-4 podem ser usados como base. Índice de grupo zero, ou baixo, pode
corresponder a tipos de solo com capacidade de suporte baixo e
expansivo.
Os solos do grupo A-7 podem ser usados como reforço ou sub-base/sublastro de
pavimentos, mesmo que tenha índice de grupo bem acima de zero.
Fonte: Adaptado de Viana (2007)
Sousa (2016) completa dizendo que, por meio desses resultados, os parâmetros
c’ e e’ são obtidos. O primeiro parâmetro está relacionado à granulometria e o segundo
está vinculado à perda de massa e com a curva de compactação. Com base nos
resultados obtidos para os parâmetros, obtém a classificação do solo de acordo com
a localização dele no ábaco representado na Figura 19.
48
Figura 19 - Ábaco de classificação de solos tropicais
Fonte: Villibor e Nogami (2009)
49
4. MATERIAIS E MÉTODOS
O capítulo de Materiais e Métodos aborda a respeito da área onde foi coletada
a amostra de solo utilizada nesta pesquisa, da metodologia empregada nos ensaios
de laboratório e de campo a fim de alcançar a curva de correlação entre DN
(mm/golpe), teor de umidade (%) e densidade in situ (g/cm³).
Foram realizadas duas coletas de material em um mesmo ponto ao lado da
ferrovia que cruza a cidade de Itu, localizada no interior de São Paulo. Neste local,
marco quilométrico ferroviário 198+300, foram feitas duas cavas de onde coletou-se
cerca de 300 kg de material. As coletas foram feitas em oportunidades distintas e
tiveram que ser realizadas para que não faltasse material para a totalidade de ensaios
performada. As escavações foram feitas sem segregação de horizontes e foi retirada
toda a camada de lastro existente até chegar no solo. A finalidade da coleta é realizar
os ensaios de classificação, obtenção dos índices físicos e ensaio DCP para obtenção
da curva de correlação, que é o objetivo deste trabalho.
Posterior à coleta, o material foi levado até o laboratório da Universidade
Tecnológica Federal do Paraná, localizada em Curitiba – PR, para que o solo
passasse pelos ensaios de caracterização dos índices físicos, índice de suporte de
solo (ISC), ou também como é conhecido California Bearing Ratio (CBR), ensaio de
expansão e o ensaio com o Dynamic Cone Penetrometer (DCP). Realizou-se também
a classificação do solo através da metodologia MCT, porém esse ensaio foi feito na
Universidade Estadual Paulista (UNESP) na cidade de Bauru – SP.
Tendo em vista o volume de ensaios que foi realizado e o tempo disponível
para fazê-los, optou-se em obter a curva de compactação do solo através do próprio
ensaio de índice de Suporte de Solo, ao invés de se fazer o ensaio de compactação
Proctor normatizado pela NBR 7182 – Ensaio de Compactação.
Referente ao ensaio DCP, ele foi realizado sobre os corpos de prova
moldados para o ensaio de obtenção do índice de Suporte de Solo. Isso foi feito por
dois motivos. Primeiramente, para reduzir os efeitos de confinamento que os moldes
do ensaio de compactação Proctor, com diâmetro de 10 cm, poderiam gerar no solo
durante a penetração da ponta cônica do DCP, já que o molde utilizado para o ensaio
de índice de suporte de solo possui 15 cm de diâmetro. Este assunto será mais bem
discutido em capítulo específico. Segundo, pois não foi feito ensaio de compactação,
50
conforme descrito anteriormente. A Tabela 4 mostra um resumo dos ensaios
realizados no laboratório com o solo coletado.
Tabela 4 - Resumo de Ensaios Laboratoriais
Ensaio Número de Ensaios
Granulometria Duas (2) vezes incluindo peneiramento
e sedimentação. Uma (1) vez apenas o peneiramento
Limites de Atterberg Uma (1) vez
Densidade Real dos Grãos Uma (1) vez
Metodologia MCT Uma (1) vez
Ensaio de ISC Quinze (15) ensaios
Cinco (5) em cada energia de compactação
Ensaio DCP Trinta (30)
Fonte: Autoria Própria
Posterior à finalização dos ensaios laboratoriais e ao desenvolvimento das
correlações propostas nesta dissertação, regressou-se a campo para execução de
baterias de ensaio DCP e ensaio de determinação da densidade in situ por meio da
cravação de tubo de PVC no solo. Nos pontos onde foram feitos os ensaios DCP e
PVC só foi coletado material a fim de obtenção do teor de umidade.
A realização dos ensaios de campo tem como objetivo a validação dos valores
obtidos em laboratório. A localização deles foi definida de acordo com a tipologia do
solo, tendo sido escolhidos os pontos com mais similaridade ao solo coletado dentre
a lista fornecida. Informações como: ensaios granulométricos, limites de Atterberg,
classificação do solo, resultado de ensaio de compactação Proctor e ISC,
apresentados na Tabela 5, já eram conhecidas, pois a concessionária cedeu para o
desenvolvimento do trabalho.
51
Tabela 5 - Informações dos solos na região dos ensaios de campo
Ponto de ensaio 𝝆𝒎á𝒙 (E.N)
Wot (%) Granulometria
% que passa Limites Atterberg Classificação
Ponto km g/cm³ (%) 2,00 0,42 0,074 LL LP IP HRB SUCS
P1 177+900 1,71 15,10 100,00 97,36 86,58 35 23 12 A-6 CL
P2 178+450 1,82 12,60 100,00 89,91 68,54 28 17 11 A-6 CL -ML
P3 182+200 1,67 20,20 100,00 98,53 78,91 39 24 15 A-6 CL
P4 183+050 1,77 15,75 100,00 95,95 74,75 38 23 15 A-6 CL
P5 196+500 1,81 15,40 95,70 92,50 52,80 27 23 4 A-6 ML
P6 198+300 1,63 18,80 100,00 93,99 86,19 34 21 13 A-6 CL
P7 201+500 1,90 16,50 100,00 90,15 48,60 36 17 19 A-6 CL
P8 212+600 1,77 14,40 100,00 86,85 38,13 0 A-6
P9 214+900 1,89 14,90 100,00 87,45 37,41 24 16 8 A-6 -
P10 216+200 1,71 18,70 100,00 76,07 48,03 41 22 19 A-6 CL
Fonte: Autoria Própria
Em campo foram realizados três ensaios de DCP e cravação de tubo PVC por
ponto (P) exposto na Tabela 5. Mais detalhes de como foram feitos os ensaios serão
tratados nos subcapítulos específicos. Foram realizados no total 30 ensaios de DCP
e PVC. Os resultados serão expostos e discutidos posteriormente. A localização
aproximada dos pontos de ensaio pode ser vista na Figura 20.
Figura 20 - Localização aproximada dos pontos de ensaios de campo
Fonte: Autoria própria
52
A Figura 21 mostra o fluxograma do desenvolvimento em laboratório e em
campo discutidos até aqui. Os demais subcapítulos de Materiais e Métodos
descreverá cada um dos ensaios laboratorial e em campo.
Figura 21 – Organização dos ensaios de campo e laboratoriais
Fonte: Autoria Própria
53
4.1 ÁREA DE ESTUDO
A área de coleta da amostra de solo está localizada próximo ao município de
Itu, São Paulo, tal como está representada na Figura 22. As coordenadas geográficas
do local de extração são: 23°16'14.5"S 47°19'48.6"L.
Figura 22 – Localização da área de estudo
Fonte: Autoria própria
A amostra foi coletada em um dia seco de inverno, por volta das dez horas da
manhã. A região passava por um período sem chuva que durava cerca de dois meses.
De acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, IBGE, (2019),
a região onde foi coletada a amostra de solo e foram realizados os ensaios de campo
encontra-se em um clima tropical, com as temperaturas podendo variar, em média, de
15 – 18 °C em pelo menos um mês do ano. Além disso, a região pode passar por 1 a
2 meses secos.
54
Nesse local passa uma das principais linhas férreas do país, a qual liga o porto
de Santos até a Região do Centro-Oeste. Trafegam por essa linha cerca de 20 trens
por dia, totalizando por volta de 100 mil toneladas de produtos sendo levados ao porto.
Esse trecho passou por uma recente duplicação e para isso foram realizadas
coletas de material para determinação do tipo de solo da região e posterior
desenvolvimento de projetos de engenharia para implantação da nova linha férrea.
A amostra de solo foi coletada no marco quilométrico km 198+300, ao lado da
ferrovia, conforme pode ser visto na Figura 23a. Foram feitas duas cavas em
oportunidades diferentes, ambas com cerca de profundidade de 70 cm (Fig. 23b).
Figura 23 - (a) Execução da coleta do solo para ensaios laboratoriais (b) Cava de coleta de solo
Fonte: Autoria própria
O trecho onde foram realizadas as coletas e posteriormente os ensaios possui
sistema de drenagem superficial paralelo à linha em formato de canaletas trapezoidais
de concreto. Entretanto, na parcela dentro de uma topografia de corte, há drenos
horizontais profundos apenas no lado recém-implantado. Deixando o lado onde foram
feitos os ensaios apenas com canaleta de drenagem de águas superficiais. O sistema
de drenagem encontra-se com cota a superior no mesmo nível que com a cota inferior
do lastro ferroviário, o que pode ser visto na Figura 24.
55
Figura 24 - Sistema de drenagem com cota superior igualada à cota inferior do lastro ferroviário
Fonte: Autoria Própria
Segundo o IBGE (2019), a pedologia do solo da região pode ser classificada
como ARGISSOLO VERMELHO-AMARELO distrófico típico, textura média/argilosa e
argilosa. Além disso, a região de Itu é conhecida por sediar o Parque Nacional do
Varvito, o qual encontra-se 1,5 km de distância do local onde foi coletado o material.
De acordo com Carneiro (2016), o varvito, Figura 25, é uma rocha sedimentar
originada do depósito de camadas de argila-silte, ou argila-areia fina em ambientes
pró-glaciais, formando acumulações de camadas claras e escuras.
Figura 25 - Camadas sedimentares que foram o varvito
Fonte: Adaptado de Carneiro (2016)
56
A justificativa da escolha dessa região para o desenvolvimento do estudo se
dá por alguns motivos. O primeiro deles é pela recorrente necessidade de manutenção
no ponto em que foi coletado o material, o qual origina grandes desnivelamentos na
linha. Segundo, pelo histórico de dados recentes que foi disponibilizado para o
enriquecimento da pesquisa.
57
4.2 METODOLOGIA LABORATORIAL
O solo coletado na cidade de Itu, São Paulo, foi transportado em sacos de
ráfia para o laboratório de Mecânica dos Solos da Universidade Tecnológica Federal
do Paraná, onde passou pela campanha de ensaios laboratoriais. Previamente à
execução dos ensaios laboratoriais, foi feita preparação das amostras conforme
orientação da NBR 6457 (ANBT, 2016).
À medida que foi sendo necessário mais solo para os ensaios, as amostras
passaram pelo processo de secagem e destorroamento, tal como é indicado na
normativa para preparação para ensaios de compactação e ensaios de
caracterização.
4.2.1 Granulometria
Posterior à preparação do material, conforme orientado na NBR 6457 (ABNT,
2016), partiu-se para a realização do ensaio granulométrico. Esse ensaio é descrito
na NBR 7181 (ABNT, 2016) e orienta que a porção mais grossa do material coletado
passe por peneiramento, enquanto a porção fina seja submetida ao processo de
sedimentação. As Figuras 26a e 26b evidenciam a realização das etapas descritas. O
ensaio foi repetido três (3) vezes, sendo duas (2) vezes realizada a lavagem da fração
grossa e fina e a realização da sedimentação. A terceira granulometria foi feita apenas
lavando a fração grossa, porém sem realizar a sedimentação
Figura 26 - (a) Realização de peneiramento do solo (b)Realização de sedimentação da porção fina do solo
Fonte: Autoria própria
58
A Figura 27 mostra como ficou o solo após o processo de lavagem e
peneiramento descrito na normativa mencionada anteriormente.
Figura 27 - Solo após sedimentação
Fonte: Autoria própria
4.2.2 Limites de Atterberg
Em seguida, foram realizados os ensaios dos Limites de Atterberg. Os limites
de Atterberg são compostos pelo Limite de Liquidez (LL) e Limite de Plasticidade (LP).
O ensaio de determinação do Limite de Liquidez segue procedimento descrito na
normativa NBR 6459 (ABNT, 2016) (Fig. 28a). O ensaio de determinação do Limite de
Plasticidade segue normativa NBR 7180 (ABNT, 2016) (Fig. 28b). Ambos têm a
função de auxiliar na determinação do valor do Índice de Plasticidade (IP), o qual foi
obtido algebricamente. Os resultados obtidos para os ensaios serão tratados no
capítulo de resultados.
59
Figura 28 - (a) Ensaio de limite de liquidez (b) Ensaio de limite de plasticidade
Fonte: Autoria própria
4.2.3 Densidade Real dos Grãos
A amostra de solo coletada passou pelo ensaio de densidade real dos grãos.
Ele foi realizado a partir da norma NBR 6458 (ABNT, 2017) (Fig. 29a). A intenção da
aplicação da bomba de vácuo de 88 kPa (Fig. 29b) é remover toda a parcela de vazios
do solo composta por ar através da aplicação de vácuo no interior do dessecador de
vidro.
Figura 29 - (a) Amostras de solo e picnômetros (b) Dessecador e bomba de vácuo
Fonte: Autoria própria
4.2.4 Metodologia MCT
O solo coletado em Itu passou pelos ensaios de Mini – MCV, de acordo com
a normativa ME 258 (DNER, 1994), e determinação de perda de massa por imersão,
60
a partir da normativa ME 256 (DNER, 1994). Esses ensaios têm como objetivo avaliar
sua estabilidade superficial à ação de intempéries e, dessa forma, poder classificá-lo
como sendo um solo laterítico ou não laterítico.
Esses ensaios foram realizados no laboratório de mecânica dos solos da
Faculdade de Engenharia de Bauru da UNESP (Fig. 30a e 30b).
Figura 30 - (a) Compactação com Mini MCV (b) Realização de ensaio de perda por imersão
Fonte: Autoria própria
4.2.5 Ensaio ISC
Após a realização dos ensaios de caracterização, partiu-se para o ensaio de
capacidade de suporte do solo. O procedimento adotado para a realização do ensaio
CBR foi o da NBR 9895 (ABNT, 2016) – Índice de Suporte Califórnia (ISC) – Método
de Ensaio.
Foram moldados quinze (15) corpos de prova para esse experimento, sendo
cinco (5) deles com energia de compactação normal, outros cinco na energia
intermediária e, por último, cinco na energia modificada.
61
O objetivo de moldar nas três energias é a obtenção das curvas de correlação
proposta por este trabalho nas três energias, haja visto que não se sabe qual energia
de compactação foi empregada nas obras de implantação da linha férrea, apesar da
ISF 207 prescrever que as camadas de subleito e sublastro devem ser compactadas
nas energias normal e intermediária, respectivamente.
O molde pode ser visto na Figura 31a e o molde já com solo compactado na
Figura 32b. Tal como prescreve a norma 9895 (ABNT, 2016), os moldes possuem
cerca de 15 cm de diâmetro por 17 cm de altura.
Figura 31 - (a) Molde e soquete para realização do ensaio de compactação (b) Solo compactado no molde
Fonte: Autoria própria
Conforme descrito anteriormente, optou-se por obter as curvas de
compactação do solo através do ensaio ISC, possibilitando assim traçar a curva que
relaciona massa específica aparente seca (ρ), dada em g/cm³, com a umidade, dada
em percentagem (%), tornando-se possível a obtenção da massa específica aparente
seca máxima (𝜌𝑚á𝑥) e umidade ótima (𝑤𝑜𝑡).
Póstuma à compactação do solo no cilindro metálico, a qual pode ser vista na
Figura 32a, realizou-se a imersão dos quinze (15) moldes em baldes de água, etapa
que pode ser vista na Figura 32b, para obtenção dos valores de expansão e ISC.
62
Figura 32 - (a) Realização do ensaio de compactação (b) Baldes com água destilada e moldes com solo compactado
Fonte: Autoria própria
Carvalho (2005) menciona em seu trabalho que, de acordo com as
preposições iniciais do CBR, a imersão do corpo de prova em água por um período
de 96 horas tem como objetivo simular a situação de degelo na primavera em países
de clima temperado. Entretanto, neste trabalho se manteve a execução do ensaio
conforme orientado na norma NBR 9895 (ANBT, 2016).
Para a realização do ensaio CBR, utilizou-se o equipamento disponível no
laboratório de Mecânica dos Solos da UTFPR – Curitiba, Figuras 33a, b, cujo
fabricante e modelo são Emic DL3000N. A prensa foi submetida à calibração no dia
11/12/2017 pela SIMMETRO.
Figura 33 - (a) Prensa realizando ensaio CBR (b) Software de coleta de dados do ensaio CBR
Fonte: Autoria própria
A Figura 34 mostra os corpos de prova saturados após a execução do ensaio
CBR na prensa mencionada anteriormente.
63
Figura 34 - Moldes compactados e ensaiados na prensa
Fonte: Autoria própria
Conforme é orientado na NBR 9895 (ANBT, 2016), também foram realizadas
leituras para avaliar a expansão do solo quando submetido à submersão em água. A
Figura 35 evidencia um dos cilindros metálicos com o suporte e o relógio comparador
devidamente instalado.
Figura 35 - Molde de CBR com comparados para medição de expansão
Fonte: Autoria própria
64
Os corpos de prova selecionados a passar por esse ensaio foram
compactados mais próximo da umidade ótima da curva de compactação nas três
energias trabalhadas.
4.2.6 Ensaio DCP
Após obtenção da curva de compactação por meio do ensaio ISC, foram
moldados trinta (30) novos corpos de prova para os ensaios DCP. Dez (10) deles em
cada energia de compactação. Todos os moldes respeitaram os teores de umidade
obtidos na curva de compactação. Isso foi feito para que seja possível estabelecer a
curva de correlação proposta neste trabalho e também avaliar a reprodutibilidade do
ensaio DCP para o solo em estudo.
Os ensaios de penetração foram realizados sobre os moldes do ensaio ISC e
tomou-se cuidado para posicionar a ponta cônica do DCP na posição central do solo
compactado dentro do molde, tal como mostra a Figura 36.
O procedimento seguido para a realização desse ensaio está contido na
normativa norte-americana D-6951 (ASTM, 2003). Entretanto, tendo em vista a altura
limitada dos corpos de prova do CBR, houve alguns casos em que o ensaio foi
encerrado antes que a ponta cônica do DCP atingisse o disco espaçador que está
posicionado na parte interna e inferior do cilindro.
65
Figura 36 - Ensaio DCP sobre molde de CBR
Fonte: Autoria própria
A justificativa pela escolha de realizar os ensaios DCP em moldes de 15 cm
de diâmetro se dá pelo efeito de confinamento discutido na bibliografia. Torres (2017)
menciona que o efeito de borda que o corpo de prova metálico gera sobre o solo
durante o ensaio DCP pode levar a pequenos erros. Berti (2005) menciona que, devido
à pequena dimensão do cilindro, esse efeito não pode ser desconsiderado. Ambas
utilizaram moldes com 10 cm de diâmetro para o desenvolvimento do trabalho delas.
Hassan (1996) avaliou o efeito do confinamento lateral em solos finos (A-6 e
A-7-6) durante ensaios de DCP. Para isso, o autor colocou uma carga lateral nos
moldes no qual compactou o solo. Em seguida ele realizou os ensaios DCP na região
central do molde. Pode ser visto na Figura 37, a qual mostra o resultado adaptado do
trabalho do autor, que na medida em que houve o acréscimo da pressão de
confinamento não houve grande redução do valor de DN para quase todas as
amostras. O autor concluiu que para esses solos finos (A-6 e A-7-6) não houve efeito
do confinamento significante, desde que estivessem no mesmo teor de umidade e
densidade.
66
Figura 37 - Efeito do confinamento em corpos de prova durante execução de DCP
Fonte: Adaptado de Hassan (1996)
Lima (2000) colaborou com o caso cravando um cilindro com 15 cm de
diâmetro e 17 cm de altura numa camada de sub-base arenosa e realizando o DCP
dentro e fora do cilindro. O autor pôde verificar a inexistência do efeito de
confinamento do cilindro CBR sobre o ensaio DCP para solo composto por areia de
granulometria fina.
Os autores Mohammadi et al. (2008) avaliaram o efeito do molde com
diâmetro de 300 mm, 500 mm e 700 mm durante ensaios DCP à medida que iam
aumentado os valores de densidade relativa de areias. De acordo com eles, o efeito
aumenta de acordo com o acréscimo do valor de densidade relativa. Porém, o efeito
pode ser descartado para moldes com diâmetro superior a 500 mm, ou que a distância
da ponta cônica até a borda do cilindro rígido seja superior a 250 mm.
Ampadu et al. (2015) compararam os resultados de DN obtidos em campo
com os realizados em um molde que possuía 7,5 vezes o valor do cone de penetração
e concluíram que a diferença observada se deu pela influência da borda do molde.
Ackah (2016) realizou uma avaliação do efeito do confinamento em moldes
com diâmetro variando de 100 até 600 mm sobre os resultados do DCP e concluiu
que para uma areia siltosa, de acordo com a USCS, as variações de DN (mm/golpe)
podem chegar a dobrar. A Figura 38 mostra o gráfico obtido pela autora. Na pesquisa,
67
Ackah (2016) avaliou o efeito da borda dos moldes sobre solos em três graus de
compactação diferentes, 80%, 90% e 100% à medida que ia aumentando a razão
diâmetro molde (Dm) pelo diâmetro do cone (Dc).
Figura 38 - Efeito do confinamento em corpos de prova durante execução de DCP
Fonte: Adaptado de Ackah (2016)
Com base no que foi exposto, pode-se concluir que o efeito de borda
realmente é um fator importante nos resultados laboratoriais. Entretanto, o erro que
esse efeito pode gerar em materiais de granulometria mais fina, argila e silte, apesar
de inferior ao impacto sobre solos com percentual de areia prevalecendo à
granulometria do solo, ainda são imensuráveis. Desta forma, possíveis variações
encontradas nos resultados podem ser provenientes desta influência.
68
4.3 METODOLOGIA in situ
A campanha de ensaios em campo foi realizada nos pontos destacados na
Figura 39. Em cada um desses pontos foram estabelecidas áreas de ensaio onde
foram realizados três ensaios DCP e três ensaios de cravação do tubo de PVC para
estimativa da densidade de campo. A finalidade dessa etapa é validar a correlação
obtida no laboratório, conforme descrito anteriormente.
Figura 39 - Localização aproximada dos pontos de ensaios de campo
Fonte: Autoria própria
4.3.1 Ensaio DCP in situ
A campanha de ensaios em campo, posterior à coleta de solo, teve seu início
com a realização de ensaios DCP e obtenção do teor de umidade. Os locais de
69
realização do ensaio foram dispostos na base do ombro do lastro sobre plataforma
ferroviária. A localização está destacada por uma flecha azul na Figura 40.
Figura 40 - Locação ensaio DCP na plataforma
Fonte: Adaptado de ISF 207/2015
Apesar de o ensaio ter sido realizado no pé do ombro do lastro, ainda assim
existia uma pequena camada de cerca de 5 cm de material britado, o qual entende-se
que é proveniente das constantes descargas de pedra que são realizadas. Portanto,
nos pontos de investigação se decidiu remover a camada de brita existente. Caso não
fosse removida essa camada, seria necessária a avaliação da curva DN (mm/golpe)
para estimar a altura da camada de agregado. Com a retirada do lastro tornou-se
possível a determinação visual do início da cravação da haste do cone de penetração
dinâmico no solo.
Foram realizados trinta (30) ensaios DCP (Figura 41), três em cada marco
quilométrico e não distantes mais de cinco (5) m, conforme descrito anteriormente. O
procedimento adotado para o ensaio seguiu a normativa norte-americana D-6951
(ASTM,2003).
Os critérios de paralização empregados no ensaio foram o alcance de uma
profundidade de ensaio até 50 cm e/ou a não variação de mais de um centímetro a
cada três golpes do martelo de cravação.
70
Figura 41 - Realização ensaio DCP em campo
Fonte: Autoria própria
4.3.2 Estimativa Massa Específica Aparente Seca (ρ) in situ
A segunda etapa da campanha de campo consistiu na realização de medições
da massa específica aparente seca nos pontos de realização do ensaio DCP. Para
que isso fosse feito, tubos de PVC com diâmetro nominal de 50 mm foram cortados
com 100 mm de altura e cravados no solo (Figura 42a). Os tubos utilizados são
comercialmente utilizados na condução de água fria e possuem coloração marrom.
Os cilindros plásticos foram cravados com auxílio de uma marreta de três (3)
quilogramas, a qual batia sobre um pedaço de madeira, para que assim o tubo de
PVC penetrasse no solo. A madeira foi utilizada para que não houvesse danos nos
tubos de PVC (Figura 42b).
71
Figura 42 - (a) Realização ensaio de densidade através da cravação de PVC (b) Madeira sendo utilizada para não danificar o tubo de PVC
Fonte: Autoria própria
O tubo de PVC foi cravado até que a borda superior dele estivesse rente ou
abaixo do nível do solo (Figura 43a). Posterior à cravação, o tubo foi retirado (Figura
43b). Para que não houvesse risco da perda de material ou risco de danificar o tubo,
foi realizada uma escavação manual em volta do corpo de prova e em seguida retirado
lateralmente. Após a retirada dos corpos de prova, eles foram devidamente
embalados e armazenados em um cooler a fim de não perder umidade. Durante a
extração dos tubos de PVC com solo, uma amostra foi coletada para a obtenção do
teor de umidade. O solo coletado estava nos arredores do tubo de PVC.
Figura 43 - (a) Tubo de PVC cravado até a borda superior (b) Tubo de PVC removido do solo com amostra devidamente ocupando todo o volume do tubo
Fonte: Autoria própria
Previamente à ida a campo, todos os tubos foram pesados e medidos com
paquímetro. Foram medidos três valores para o diâmetro interno e altura das peças.
72
O cálculo da massa específica aparente seca levou em consideração a média dos
valores de altura e diâmetro interno.
Tal metodologia foi realizada por Matsinhe (2016), o qual concluiu que a
metodologia do tubo de PVC pode ser aplicada para a obtenção da massa específica
em campo, obtendo resultados mais precisos que métodos, como: anel volumétrico,
torrão parafinado e escavação. A metodologia é uma variação da descrita pela
normativa NBR 9813/1987 – Determinação da Massa Específica Aparente in situ com
emprego de cilindro de cravação, a qual indica a utilização de cilindro metálico com
110 mm de diâmetro e 116 mm de altura.
73
5. ANÁLISE DE RESULTADOS
5.1 ANÁLISE DE RESULTADOS LABORATORIAIS
Neste item serão tratados os ensaios laboratoriais, sendo eles: granulometria,
densidade real dos grãos, limites de Atterberg, CBR, MCT e DCP.
5.1.1 Granulometria
Com base nos ensaios laboratoriais de granulometria e sedimentação, o solo
estudado pode ser classificado como uma argila areno siltosa de baixa plasticidade
(CL) pela USCS (Unified Soil Classification System) e como um solo argiloso (A6) pela
HRB (Highway Research Board). A Tabela 7 mostra um resumo dos resultados
obtidos.
Tabela 6 - Resultado ensaio granulometria
Tipo %
Argila (%) 51,51
Silte (%) 11,48
Areia fina (%) 31,12
Areia média (%) 3,20
Areia grossa (%) 1,83
Pedregulho (%) 0,86
Classificação USCS CL
Classificação HRB A6 Fonte: Autoria própria
As curvas granulométricas podem ser vistas na Figura 44. Destaca-se a curva
azul no gráfico, a qual diz respeito à média dos dois ensaios realizados com
peneiramento e sedimentação do material coletado, conforme preconizado pela
normativa.
74
Figura 44 - Curva granulométrica
Fonte: Autoria própria
Os dados são corroborados por resultados obtidos anteriormente pela
concessionária durante ensaios de investigação geotécnica no local para obras, os
quais são expostos na Tabela 5, e chegaram nos mesmos resultados de classificação
de solo.
5.1.2 Limites de Atterberg
O limite de liquidez e plasticidade, assim como o índice de plasticidade, são
apresentados na Tabela 8 e a locação do ponto do gráfico de plasticidade pode ser
vista na Figura 45.
Tabela 7 - Resultado ensaios de limites de Atterberg
LL (%) LP (%) IP (%) Classificação
34,00 23,00 11,00 Baixa plasticidade Fonte: Autoria própria
75
Nota-se com base no gráfico de plasticidade que o solo está quase sobre a
“Linha A”, função delimitadora de solos argilosos e siltosos.
Figura 45 - Gráfico de plasticidade e resultado do solo estudado
Fonte: Autoria própria
Comparando os valores obtidos neste trabalho com os valores de limite de
liquidez (LL), plasticidade (LP) e índice de plasticidade (IP) fornecidos pela
concessionária, 34, 21 e 13, respectivamente, pode-se notar que são muito
próximos, corroborando os resultados obtidos em laboratório.
5.1.3 Densidade Real dos Grãos
Os valores obtidos para a densidade real dos grãos da argila, conforme
exposto anteriormente na seção 5.1.1, são expostos na Tabela 9.
Tabela 8 - Resultado ensaio de densidade real dos grãos
P1 (g) P2 (g) P3 (g) P4 (g) t2 Dt D20
Tara
picnômetro Picnômetro+solo
Picnômetro+solo+água total
Picnômetro+água total
Temperatura Densidade dos grãos
Densidade a 20 °C
P1 74,25 84,32 179,85 173,49 22,90 2,7143 2,7125
P5 70,58 80,62 176,27 169,93 22,90 2,7135 2,7118
2,7122 Fonte: Autoria própria
76
Conforme orientação da normativa, a diferença entre a média dos valores com
os valores obtidos não foi superior a 0,009, nesse caso, sendo de 0,0004.
Comparando o valor obtido a resultados existentes na literatura (Tab. 10), é
possível notar que o resultado de densidade real dos grãos (g/cm³) encontrado neste
trabalho possui valores superiores ao caso de solos arenosos e resultado muito similar
a outro solo argiloso. A partir disso, conclui-se que os resultados estão coerentes.
Tabela 9 - Comparação resultados de densidade real de grãos entre a literatura e este trabalho
Autor Solos Gs
Mohammadi et al. (2008) Areia mal graduada 2,66
Ampadu et al. (2015) Areia siltosa 2,66
Mohajerani et al. (2019) Areia branca de sílica 2,61
Almeida et al. (2019) Argila siltosa 2,70 Fonte: Autoria própria
5.1.4 Metodologia MCT
Os resultados dos ensaios executados de acordo com as normativas ME 258
(DNER, 1994) - Mini – MCV e ME 256 (DNER, 1994) - Determinação de perda de
massa por imersão concluíram que o solo coletado em Itu é um solo argiloso não
laterítico (NG’) (Fig. 46).
77
Figura 46 - Resultado ensaio MCT
Fonte: Autoria própria
5.1.5 Ensaio CBR
5.1.5.1 Compactação
A partir do ensaio CBR, obtiveram-se os valores de massa específica
aparente seca máxima (𝜌𝑚á𝑥), a umidade ótima e também os valores de índice de
suporte de solo.
Os resultados obtidos para massa específica aparente seca máxima (𝜌𝑚á𝑥) e
umidade ótima, a cada uma das energias de compactação, estão expostos na Tabela
10, e os valores de massa específica aparente seca máxima e umidade ótima na
Tabela 11.
78
Tabela 10 - Resultado ensaios de compactação em três energias de compactação
Energia Normal Energia Intermediária Energia Modificada
w (%) pd (g/cm³) w (%) pd (g/cm³) w (%) pd (g/cm³)
9,34 1,65 5,85 1,61 3,77 1,72
11,69 1,69 9,63 1,74 7,90 1,85
16,49 1,76 15,07 1,84 11,87 1,91
19,12 1,73 16,70 1,79 15,15 1,85
21,58 1,65 21,29 1,67 17,62 1,73 Fonte: Autoria própria
Tabela 11 - Resumo dos resultados de teor de umidade ótima e massa específica aparente seca máxima para as três energias
Energia 𝒘ó𝒕𝒊𝒎𝒂 (%) 𝜌𝑚á𝑥 (g/cm³)
EN 17,00 1,76
EI 13,87 1,86
EM 11,87 1,91 Fonte: Autoria própria
A Figura 48 sintetiza os resultados obtidos para as três energias de
compactação em um só gráfico e localiza as curvas perante os valores de saturação
de 80%, 90% e 100%.
Figura 47 - Sintetização dos resultados de compactação e locação das curvas de saturação
Fonte: Autoria própria
79
Com base na Figura 48, é possível ver o valor de correlação existente entre
os pontos de umidade ótima (𝑤ó𝑡𝑖𝑚𝑜) e 𝜌𝑚á𝑥 , a qual chegou a 0,9851.
Além disso, é visível o aumento de densidade e redução de umidade graças
ao incremento de energia de compactação empregado nas amostras. Outra
observação passível de ser feita é a posição dos pontos ótimos das curvas, os quais,
de acordo com Pinto (2000), devem estar posicionados próximo aos valores de
saturação a 80% e 90%, o que pode ser visto nas curvas apresentadas na Figura 48.
Tabela 12 - Resultados de massa específica aparente seca máxima (g/cm³) e teor de humidade ótimo (%)
encontrados na literatura
Autor Solos 𝝆𝒎á𝒙 (g/cm³) 𝒘ó𝒕𝒊𝒎𝒐 (%)
Nguyen et al. (2015) Argila inorgânica 1,52 19,60
Ampadu et al. (2015) Areia siltosa 1,87 13,50
Wachiraporn et al. (2018) Areia mal graduada 2,07 9,30
Chennarapu et al. (2018) Argila arenosa 2,08 9,50 Fonte: Autoria própria
Comparando os resultados expostos na Tabela 12 com os obtidos neste
trabalho, nota-se que os valores de massa específica aparente seca máxima e
umidade ótima para os solos classificados como areia ficaram superiores e inferiores,
respectivamente. Ou seja, as areias apresentaram 𝜌𝑚á𝑥 maiores com teores de
umidade inferiores. Já comparando com a argila inorgânica de Nguyen et al. (2015),
verifica-se que o valor de 𝜌𝑚á𝑥 é inferior ao obtido neste trabalho. Isso se dá ao alto
percentual de areia presente na amostra coletada no interior de São Paulo, fazendo
com que os valores sejam ligeiramente superiores.
Conclui-se, portanto, que os resultados obtidos neste trabalho estão
coerentes frente aos encontrados na literatura.
5.1.5.2 Expansão
Conforme orientado na normativa do ensaio, NBR 9895/16 – Índice de
Suporte Califórnia (ISC) – Método de Ensaio, posterior ao ensaio de compactação, os
corpos de prova mais próximos à umidade ótima foram imersos em água e durante
80
cinco dias foi acompanhada a expansão do solo devido graças à absorção de água.
A Tabela 13 mostra os resultados do ensaio.
Tabela 13 - Resultados ensaios de expansão
Energia w (%) Expansão (%)
EN 11,69 4,12
EI 15,07 3,70
EM 11,87 0,63 Fonte: Autoria própria
Pode-se notar que a variação de expansão entre as energias normais e
intermediárias é inferior se comparada à diferença entre intermediária e modificada.
O autor credita essa variação à heterogeneidade do solo no local da coleta (Figura
49), haja visto que o local é o aterro de acesso a uma ponte, levando a crer que jazidas
diferentes tenham sido utilizadas para construí-lo. Outro aspecto que pode ter
causado uma variação no resultado seria a não segregação dos horizontes – sublastro
e subleito - no momento da coleta.
Figura 48 - Heterogeneidade do solo
Fonte: Autoria própria
De acordo com a normativa ISF – 207 – Estudos Geotécnicos/2015, o solo
com finalidade de subleito deve apresentar expansão menor ou igual a 2% para
energia normal e, de acordo com a ISF – 212 – Projeto de Superestrutura de Via
Permanente/2015 expansão inferior a 1% para energia intermediária para sublastro.
81
Tendo em vista os resultados obtidos após o ensaio de expansão, ambos os valores
só seriam alcançados com energia de compactação modificada.
5.1.5.3 Índice de Suporte Califórnia (ISC)
Após as leituras da expansão, os corpos de prova foram submetidos à prensa
hidráulica adaptada do laboratório da UTFPR, para avaliação do índice de suporte
Califórnia. A Tabela 14 mostra os resultados sintetizados. De acordo com a ISF – 207
– Estudos Geotécnicos/2015, Figura 50, o valor de ISC (%) para subleito deve ser
maior ou igual a 4. Com base nos resultados, seriam alcançados os resultados
indicados pela normativa apenas nas energias de compactação intermediária e
modificada.
Figura 49 - Valores indicados pela ISF 207 para valores de CBR de plataformas ferroviárias
Fonte: ISF – 207 – Estudos Geotécnicos/2015
82
Tabela 14 - Resultados ensaio ISC
Energia Normal Energia Intermediária Energia Modificada
w (%) ISC (%) w (%) ISC (%) w (%) ISC (%)
6,35 0,85 4,06 1,46 4,06 2,03
9,53 0,85 8,67 1,56 8,67 2,01
12,80 1,51 12,39 1,66 12,39 3,47
17,64 3,04 13,87 4,17 13,87 5,72
22,66 2,71 20,46 3,73 20,46 2,61 Fonte: Autoria própria
Importante destacar neste ponto da análise de resultados uma das funções
do sublastro que foram apresentadas no capítulo 3.3.5 Sublastro, o qual tem a
finalidade de reduzir a tensão que chega no subleito. Isso garante a durabilidade da
estrutura.
Partindo-se do pressuposto que o local ensaiado não possui sublastro, os
resultados de ISC (%) deveriam ser iguais ou superiores a 20%, a fim de que a
estrutura do solo alcance a rigidez necessária para absorver a propagação das
tensões vindas do lastro. Essa avaliação é extremamente pertinente, haja visto que o
local foi escolhido devido à recorrência do serviço de nivelamento de via, o qual está
vinculado à penetração do lastro no subleito.
Do ponto de vista da avaliação do resultado do Índice de Suporte de Solo
nota-se, com base nos resultados, que os maiores valores de ISC (%) foram obtidos
nos corpos de prova moldados próximos ou nas umidades ótimas. Esse fato já era
esperado, haja visto que a massa específica do solo está diretamente ligada à
capacidade de suporte dele. Dessa forma, os resultados apresentam-se coerentes.
A Figura 51 mostra a curva de correlação dos pontos expostos na Tabela 14.
83
Figura 50 - Resultado correlação teor de umidade (%) e ISC (%)
Fonte: Autoria própria
Comparando-se o comportamento das curvas da Figura 51 em relação aos
dados obtidos por Lima (2000), Dal Pai (2005), Zica (2010) e Almeida (2017), nota-se
uma corroboração do que vem sendo encontrado na literatura, ou seja, na medida que
é acrescida energia na compactação dos solos, os valores de ISC (%) aumentam.
Entretanto, de acordo com os trabalhos de Zica (2010) e Almeida (2017),
Figura 52a e b, conclui-se que o aumento da energia de compactação não
necessariamente resulta em um aumento representativo no valor de ISC (%) em solos
argilosos (A-7-5). Dependendo da variação de energia que é aplicada, não há
incremento no valor de ISC (%).
Figura 51 - (a) Correlação energia de compactação (kfg/cm²) e CBR (%) e (b) Correlação energia de
compactação e CBR (%)
Fonte: (a) Almeida (2017) e (b) Zica (2010)
Com base, portanto, nas referências da literatura, pode-se concluir que os
resultados obtidos para ISC (%) neste trabalho estão coerentes.
84
5.1.6 Ensaio DCP
Conforme mencionado no subitem 4.2.6 – Ensaio DCP, foram realizados trinta
(30) ensaios em corpos de prova moldados em moldes de CBR. Dez (10) moldes
foram compactados na energia normal, dez (10) na intermediária e dez (10) na
modificada.
Os resultados da penetração do DCP no solo podem ser interpretados através
de uma reta que relaciona profundidade de cravação, eixo das ordenadas, com
número de golpes, eixo das abcissas. O resultado da razão profundidade (mm) pelo
número de golpes (unid.) é denominado DN (mm/golpe). Os gráficos da relação DN
(mm/golpe) são apresentados nas Figuras 53 até 55.
Figura 52 - Ensaio DCP em corpo de prova moldado em energia normal
Fonte: Autoria própria
85
Figura 53 - Ensaio DCP em corpo de prova moldado em energia intermediária
Fonte: Autoria própria
Figura 54 - Ensaio DCP em corpo de prova moldado em energia modificada
Fonte: Autoria própria
86
A partir dos resultados expostos, é possível concluir que os corpos de prova
apresentam uma boa homogeneidade na compactação. Isso se dá devido à reta de
avanço de profundidade por número de golpe, DN (mm/golpe), não apresentar
variações na inclinação. Caso houvesse uma variação, ela indicaria uma camada do
corpo de prova mais ou menos compactada que outra, ou seja, mais ou menos
resistência à penetração.
Observando o eixo “N.º de golpes” das Figuras 53, 54 e 55, pode-se observar
que o número vem crescendo de acordo com a energia de compactação que vem
sendo empregada. Ou seja, há mais resistência de penetração de acordo com a
energia utilizada para compactar o solo. Isso fica mais claro na Figura 56, em que se
destacam as curvas DN para umidades próximas em diferentes energias de
compactação. Os valores de DN para as energias normais, intermediária e modificada
são, respectivamente, 16,30 mm/golpe, 6,41 mm/golpe e 3,76 mm/golpe.
Figura 55 - Curvas DN para umidades próximas em diferentes energias de compactação
Fonte: Autoria própria
87
Por fim, outra conclusão que pode ser feita a partir das Figuras 53, 54 e 55 é
que não necessariamente o corpo de prova com massa específica aparente seca
máxima e umidade ótima resultou no maior valor de DN. De acordo a literatura
publicada, Lima (2000), Alves (2002), Dal Pai (2005), Nguyen (2015), Ampadu (2015),
Torres (2017), Zhang (2018) e Sidhu (2019), nota-se que há uma variação muito
pequena na resistência de penetração no ramo seco da curva de compactação.
Entretanto, na medida que o teor de umidade chega próximo à umidade ótima, ou a
ultrapassa, há uma perda de resistência exponencial. Essa variação é o resultado da
influência da umidade no ensaio DCP. Influência essa discutida no item 3.4.3 –
Aplicações do DCP na revisão bibliográfica deste trabalho. O gráfico plotado na Figura
57 representa de maneira mais clara o que foi descrito anteriormente.
Figura 56 - Correlação DN (mm/golpe) x w (%)
Fonte: Autoria própria
Torres (2017) cita que a resistência inicial no ramo seco, e a consequente
perda de resistência no ramo úmido, é resultado da influência da sucção. Hamid
(2018) consente com a justificativa de Torres (2017), acrescentando ainda que o fato
de haver mais resistência se dá porque a sucção induz uma pressão neutra negativa,
dessa forma aumentando o valor da tensão efetiva. Nguyen (2015) reforça a influência
da sucção comentando que, se a massa específica aparente seca é a mesma para
umidades no ramo seco e úmido, o ganho de resistência se dá pela sucção. Além
disso, Nguyen (2015) relaciona essa questão como índice de vazios do solo.
88
Com base nisso, pode-se concluir que a facilidade de penetração da ponta do
DCP, após o acréscimo do teor de umidade, dá-se pela lubrificação dos grãos do solo
e da redução da tensão efetiva pelo aumento da quantidade de água na matriz do solo
e consequente repulsão das partículas de solo. (HAMID, 2018 e GODFREY et al.,
2019)
Apesar de a curva de compactação no ramo seco deste trabalho apresentar
uma certa linearidade, há na literatura curvas que apresentam ganho de resistência
na medida que vão chegando próximo do teor de umidade ótimo, conforme Figuras
58 e 59.
Figura 57 - Correlação DN (mm/golpe) x w (%) e ganho de resistência próximo à umidade ótima
Fonte: Adaptado de Torres (2017)
A Figura 58 foi extraída do trabalho de Torres (2017), a qual comparou os
resultados obtidos por ela em solos com alto teor orgânico, com os solos de Schlögel
(2015) e Karunaprema e Edirisinghe (2002). É possível notar que, na maioria das
curvas, o efeito de ganho de resistência na medida que ia se aproximando do teor de
umidade ótimo foi visto. Tal situação coincide com a Figura 59, adaptada do trabalho
de Ngueyn (2015).
Essa característica tem grande importância quando se trata de controle de
grau de compactação do solo correlacionando o valor do DN, pois, para o mesmo
89
valor de DN, pode ser possível encontrar um resultado com maior teor de umidade e,
possivelmente, um solo mais bem compactado ou um teor de umidade inferior e,
provavelmente, um solo menos compactado.
Figura 58 - Correlações CBR (%), DLP (mm/golpe) e w (%) e ganho de resistência próxima à umidade ótima
Fonte: Adaptado Nguyen (2015)
Com base nisso, o resultado de GC só poderá ser obtido em casos que
venham a ser coletadas amostras para obtenção do teor de umidade dela em campo,
tornando-se assim possível a sua localização na curva representada pela Figura 57.
O autor Chennaraparu (2018) concluiu que é possível obter valores iguais de massa
específica seca para os mesmos valores de DN, justificando ainda mais a necessidade
de obter o teor de umidade em campo e/ou trabalhar com curvas de cada ramo da
curva de compactação em separado.
A fim de avaliar a reprodutibilidade dos ensaios, comparou-se os valores de
DN em moldes compactados com teor de umidade similares (Tabela 15). Foram
comparados dois moldes de cada umidade, em que se calculou a média da massa
específica seca, o desvio-padrão relativo da massa específica seca, a média do valor
de DN, o desvio-padrão e o coeficiente de variação do valor de DN e da massa
específica seca por dupla.
90
Tabela 15 - Avaliação da reprodutibilidade dos ensaios DCP
wcr(%) pd (g/cm³) DN Média
pd (g/cm³)
Desvio Padrão
pd (g/cm³) CV (%) Média DN
Desvio Padrão
DN (mm/golpe)
CV (%) Umidade corrigida
Massa esp. Corrigida
mm/golpe
8,59 1,56 16,30 1,55 0,01 0,62% 14,09 2,21 15,71%
9,53 1,54 11,88
11,06 1,59 16,20 1,61 0,02 1,48% 15,27 0,93 6,11%
12,80 1,64 14,33
20,78 1,61 83,50 1,62 0,01 0,69% 80,75 2,75 3,41%
22,66 1,63 78,00
4,07 1,70 5,29 1,70 0,00 0,25% 6,49 1,19 18,40%
5,91 1,70 7,68
8,68 1,74 6,33 1,76 0,02 1,12% 6,37 0,04 0,59%
9,77 1,78 6,41
13,87 1,86 16,50 1,84 0,02 1,19% 14,69 1,81 12,34%
15,33 1,82 12,88
16,70 1,79 31,50 1,76 0,04 2,07% 33,17 1,67 5,03%
18,79 1,72 34,83
3,77 1,72 3,86 1,73 0,01 0,74% 3,83 0,03 0,82%
4,91 1,75 3,79
5,58 1,85 3,10 1,88 0,03 1,60% 3,80 0,70 18,42%
7,94 1,91 4,50
8,81 1,84 3,76 1,84 0,01 0,37% 4,38 0,62 14,09%
11,87 1,85 5,00
17,62 1,73 51,50 1,73 0,00 0,25% 48,00 3,50 7,29%
18,60 1,74 44,50 Fonte: Autoria própria
Com base nesses valores, encontrou-se um desvio-padrão máximo (%) de
até 0,03 para os valores de massa específica aparente seca e até 3,5 para o DN. Ao
comparar os valores obtidos com Lima (2000), o qual utilizou sete moldes para
avaliação do erro, e um sistema de compactação mecanizado disponibilizado pelo ITA
– 0,2 para massa específica aparente seca e 5,2 para DN – conclui-se que o resultado
está coerente. Hamid (2018) também comprovou a reprodutibilidade dos ensaios ao
realizar ensaios DCP em três moldes compactados na mesma densidade, Figura 60,
e obteve curvas DN realmente similares.
91
Figura 59 - Avaliação da reprodutibilidade dos ensaios DCP
Fonte: Adaptado de Hamid (2018)
92
5.2 ANÁLISE DE RESULTADOS IN SITU
5.2.1 Ensaio DCP in situ
Conforme descrito no item 4.3.1 – Ensaio DCP in situ, foram realizados três
ensaios DCP por quilômetro nominal, totalizando assim 30 ensaios. O conjunto de três
ensaios não foi espaçado mais que cinco metros. Foram realizados no pé do ombro
do lastro ao lado da linha, porém ainda sobre a plataforma. Os marcos quilométricos
onde foram executados os ensaios são representados pela letra P, já as estações
onde foram feitos os ensaios DCP naquele mesmo marco quilométrico são
representados pela letra E.
Os gráficos 61a até 65b representam os resultados do ensaio DCP em campo.
Eles representam a curva de penetração (cm) por golpe, ou seja, DN (cm/golpe).
Optou-se em mostrar os gráficos com o eixo vertical em centímetros para facilitar a
visualização ao plotá-los neste trabalho.
Figura 60 - (a) Ensaio DCP em campo no Ponto 1 (b) Ensaio DCP em campo no Ponto 2
Fonte: Autoria própria
93
O ponto 1 e 2, Figuras 61a e b, estão localizados nos quilômetros 177+900 e
178+450, respectivamente. É possível notar, a partir das figuras, que a distância entre
os pontos representou uma diferença de resistência de solo e, consequentemente,
tipos de solo diferentes. Isso se dá, primeiramente, pelo fato de o avanço alcançado
no ponto 1 ser superior ao ponto 2. Enquanto o primeiro ponto avançou até cerca de
50 cm, o ponto 2 chegou até uma profundidade de 30 cm. Outra avaliação passível
de ser feita, e que corrobora com a hipótese de que o solo apresenta características
diferentes, são os valores de DN. Para o ponto 1, os valores de DN para as estações
1, 2 e 3 são, respectivamente: 33,9, 29,9 e 55,4mm/golpe. Já no ponto 2, os valores
de DN para as estações 1, 2 e 3 são, respectivamente: 9,7, 9,1 e 10,3mm/golpe.
Por fim, conclui-se, também, que o ponto 2 apresenta um solo
homogeneamente mais bem compactado que o solo no ponto 1. Isso se dá pelos
valores de DN possuírem pequena variação, enquanto no ponto 1 a estação 3
apresentou DN cerca de 100% maior que os outros pontos.
Figura 61 - (a) Ensaio DCP em campo Ponto 3 (b) Ensaio DCP em campo Ponto 4
Fonte: Autoria própria
Os pontos 3 e 4 estão localizados nos marcos quilométricos 182+200 e
183+050, respectivamente, ou seja, cerca de 850 m. Tal distância também
94
representou uma variação em resistência de solo e, possívelmente, tipo de solo, tal
como observado nas Figuras 62a e b.
No ponto três foram obtidos valores de DN (mm/golpe) para as estações 1, 2
e 3 com os seguintes valores, respectivamente: 4,4, 9,4 e 7,3. Já os valores obtidos
para o ponto 4 nas estações 1, 2 e 3 foram: 10,1, 14,0 e 23,5, respectivamente.
As estações dos dois pontos em questão, P3 e P4, apresentam considerável
variação, até 100% de variação entre pelo menos uma das estações. Isso mostra a
existência de pontos com resistência inferior aos demais, o que pode se dar por
alguma movimentação do solo no local.
Importante notar também as curvas referentes ao ponto 4. Até uma
profundidade de cerca de 25 cm, as três curvas estavam seguindo com valores de DN
muito próximos, porém, a partir dessa profundidade, cada uma delas demonstrou ter
resistências diferentes. Isso se pode dar devido a uma variação no serviço de
compactação executado ou a uma mudança no tipo de solo do local. A segunda opção
é mais viável, uma vez que o local fica localizado em uma região de corte.
Figura 62 - (a) Ensaio DCP em campo Ponto 5 (b) Ensaio DCP em campo Ponto 6
Fonte: Autoria própria
95
As Figuras 63a e b dizem respeito, respectivamente, aos marcos
quilométricos 196+500 e 198+300, ou seja, pontos 5 e 6. Os DN (mm/golpe) obtidos
para as estações 1, 2 e 3 para cada um dos pontos são, respectivamente: 11,0, 2,9,
5,5, 37,5, 49,5 e 20,9.
Apesar da diferença encontrada nos valores de DN do quilômetro 196+500
em cada uma das estações, é possível notar que a curva possui características
similares. Algo parecido ocorre para o marco quilométrico do km 198+300, onde as
estações 1 e 3 apresentaram por volta do golpe de número 6 um incremento na
resistência. Esse incremento é notado pela variação da inclinação da curva de
penetração por golpe e pode representar uma camada de solo diferente ou um melhor
serviço de compactação executado.
Figura 63 - Ensaio DCP em campo Ponto 7
Fonte: Autoria própria
As curvas plotadas na Figura 64 são referentes aos ensaios DCP realizados
no ponto de ensaio 7, o qual representa o marco quilométrico 201+500. A partir da
avaliação das curvas da Figura 64 é possível notar a característica similar de
resistência, a penetração do equipamento naqueles pontos.
96
Figura 64 - (a) Ensaio DCP em campo Ponto 8 (b) Ensaio DCP em campo Ponto 9 (c) Ensaio DCP em campo Ponto 10
Fonte: Autoria própria
Por fim, as Figuras 65 a, b e c referem-se aos pontos de ensaio 8, 9 e 10, nos
quilômetros 212+600, 214+900 e 216+200, respectivamente.
97
O ponto 8 apresentou uma cerca semelhança na taxa de cravação da ponta
cônica entre as três estações onde foram realizados os ensaios. Dentre os pontos
avaliados, os pontos 9 e 10 apresentaram uma das maiores variações de DN, sendo
para o P9: 16,3, 8,3 e 12,5 e, para o P10: 4,8, 11,1 e 29,5. Nota-se que os valores
apresentaram variação de cerca de 50 até 400% e isso é facilmente notado pela não
concordância das curvas. Apesar da variação encontrada, os valores de DN não foram
os maiores encontrados entre os pontos, concluindo-se que, apesar de possível
variação do tipo de solo, ele ainda apresenta uma boa resistência.
Tomando como premissa uma possível camada de sublastro com cerca de 25
cm, espessura essa obtida por Silva Filho (2013) para uma ferrovia com carga por
eixo de 37,5 toneladas por eixo, 5 toneladas por eixo acima da estudada neste
trabalho, pode-se notar dois aspectos importantes nos valores de DN (mm/golpe). O
primeiro aspecto é baixa variação de DN após os 25 cm de espessura, pois se
houvesse uma camada de sublastro, os resultados do ensaio deveriam confirmar essa
informação através da variação inclinação de DN, o que não ocorreu.
Isso nos leva ao segundo aspecto, que é a inclinação da curva de DN após a
espessura supracitada ter passado a ficar mais horizontal, significando que o solo
ficou mais resistente. Tendo em vista a função do sublastro e da maneira que ele é
construído, energia de compactação maior e maior valores de ISC (%), os valores de
DN deveriam ser inferiores na camada superior e, na medida que fosse ultrapassada
a espessura referente a ele, os valores de DN deveriam aumentar. Entretanto, não foi
isso que foi observado.
Avaliando-se a possibilidade de um possível alto teor de umidade possa ter
levado à baixa resistência da camada superficial de solo, a Tabela 16 mostra que de
maneira geral os pontos estavam localizados no trecho seco da reta, ou seja, eles
deveriam estar com resistência à penetração elevada. Isso acaba confirmando a
hipótese da falta de sublastro e esse resultado é importante para a compreensão das
falhas existentes na via permanente no local.
98
Tabela 16 - Teor de Umidade ótimo versus Teor de umidade de campo
Ponto de ensaio Wot (%)
DN (mm/golpe)
w%
Ponto km PVC
P1 177+900 15,10
33,92 14,51 Seco
29,92 23,41 Úmido
55,43 15,78 Úmido
P2 178+450 12,60
9,70 11,76 Seco
9,05 10,89 Seco
10,30 10,65 Seco
P3 182+200 20,20
4,36 14,83 Seco
9,43 14,70 Seco
7,32 14,81 Seco
P4 183+050 15,75
10,12 9,40 Seco
14,00 10,76 Seco
23,46 10,18 Seco
P5 196+500 15,40
11,00 9,55 Seco
2,87 14,58 Seco
5,50 4,05 Seco
P6 198+300 18,80
37,53 18,06 Seco
49,50 13,49 Seco
20,85 13,46 Seco
P7 201+500 16,50
32,88 7,68 Seco
45,40 9,84 Seco
36,24 9,84 Seco
P8 212+600 14,40
8,80 20,58 Úmido
16,50 18,82 Úmido
15,85 10,93 Seco
P9 214+900 14,90
16,30 3,05 Seco
8,29 2,51 Seco
12,48 0,98 Seco
P10 216+200 18,70
4,80 18,47 Seco
11,10 17,19 Seco
29,50 19,16 Úmido Fonte: Autoria própria
Outra justificativa para as variações encontradas no ensaio DCP entre cada
ponto são as variações nas características dos solos. A Tabela 16 mostra os valores
resumidos de massa específica aparente seca máxima, teor de umidade ótimo, ambos
para o Próctor normal, granulometria, limites de Atterberg e a classificação seguindo
a USCS e HRB. Todos os valores foram cedidos para este trabalho. As células que
não possuem valores não tiveram resultados fornecidos.
99
A partir dos resultados apresentados na Tabela 17, pode-se perceber a
diferença no teor de finos dos solos, índice de plasticidade (IP) e massa específica
aparente seca máxima. Esses valores podem ser indicativos de respostas diferentes
do solo quando o ensaio DCP for realizado no local, porém, ressalta-se que a
qualidade da compactação in loco e o teor de umidade têm grande influência nos
valores de DN, conforme descrito no item 3.4.3 – Aplicações do DCP.
Tabela 17 - Valores dos pontos de estudo de classificação do solo
Ponto de ensaio 𝝆𝒎á𝒙 (E.N)
Wot (%) Granulometria
% que passa Limites Atterberg Classificação
Ponto km g/cm³ (%) 2,00 0,42 0,074 LL LP IP HRB SUCS
P1 177+900 1,71 15,10 100,00 97,36 86,58 35 23 12 A-6 CL
P2 178+450 1,82 12,60 100,00 89,91 68,54 28 17 11 A-6 CL -ML
P3 182+200 1,67 20,20 100,00 98,53 78,91 39 24 15 A-6 CL
P4 183+050 1,77 15,75 100,00 95,95 74,75 38 23 15 A-6 CL
P5 196+500 1,81 15,40 95,70 92,50 52,80 27 23 4 A-6 ML
P6 198+300 1,63 18,80 100,00 93,99 86,19 34 21 13 A-6 CL
P7 201+500 1,90 16,50 100,00 90,15 48,60 36 17 19 A-6 CL
P8 212+600 1,77 14,40 100,00 86,85 38,13 0 A-6
P9 214+900 1,89 14,90 100,00 87,45 37,41 24 16 8 A-6 -
P10 216+200 1,71 18,70 100,00 76,07 48,03 41 22 19 A-6 CL
Fonte: Autoria própria
5.2.2 Ensaio de PVC para Massa Específica Aparente Seca
Conforme descrito no item 4.3.2 – Estimativa Massa Específica Aparente
Seca (ρ) in situ, foram realizados no total 30 ensaios com os tubos de PVC. Os ensaios
seguiram a mesma metodologia do ensaio DCP, ou seja, realizados três em cada
marco quilométrico, não distantes 5 m entre eles, ao lado do pé do ombro de lastro,
porém ainda sobre a plataforma. Os ensaios foram feitos próximo aos ensaios DCP,
porém não no mesmo lugar, a fim de não impactar no resultado da cravação do tubo
PVC devido à movimentação do solo.
Os resultados dos ensaios estão demonstrados na Tabela 18. Os valores de
média, desvio-padrão e coeficiente de variação foram calculados entre os resultados
obtidos em cada marco quilométrico. Os resultados que apresentam asterisco (*) ao
100
lado foram descartados dos cálculos. Devido a falhas executivas no ensaio, eles
apresentaram uma grande variação nos resultados.
De maneira geral, os resultados apresentaram um coeficiente de variação
(CV) considerado baixo (CV<25%) e desvios-padrão variando entre 0,04 até 0,10. Os
valores de coeficiente de variação ficaram muito próximos aos obtidos por Matisinhe
(2016), o qual obteve valores de CV com cerca de 5% para ensaios realizados em até
10 cm de profundidade. Dessa forma, a partir dos resultados obtidos neste trabalho e,
com os obtidos por Matisinhe (2016), pode-se afirmar que a metodologia do PVC
apresenta resultados confiáveis para o tipo de solo que vem sendo desenvolvido neste
trabalho.
Tabela 18 - Resultados ensaio PVC para estimativa da massa específica aparente seca
Ponto de Ensaio Teor de
Umidade (w%)
Massa Esp. Seca
(g/cm³)
Média Massa
Esp. Seca (g/cm³)
Desvio- Padrão
Massa Esp. Seca
Coeficiente de variação
(CV)
Ponto km
P1 177+900
14,51 1,54
1,51 0,06 3,65% 23,41 1,44
15,78 1,56
P2 178+450
11,76 1,46
1,50 0,07 4,83% 10,89 1,61
10,65 1,44
P3 182+200
14,83 1,55
1,48 0,05 3,33% 14,70 1,45
14,81 1,43
P4 183+050
9,40 1,54
1,52 0,04 2,92% 10,76 1,46
10,18 1,57
P5 196+500
9,55 1,47
1,55 0,08 5,06% 14,58 1,63
4,05 1,19*
P6 198+300
18,06 1,62
1,66 0,04 2,69% 13,49 1,71
13,46 1,31*
P7 201+500
7,68 1,50
1,65 0,10 6,31% 9,84 1,75
9,84 1,69
P8 212+600
20,58 1,42
1,47 0,04 2,41% 18,82 1,47
10,93 1,51
P9 214+900
3,05 1,53
1,56 0,04 2,30% 2,51 1,55
0,98 1,61
P10 216+200
18,47 1,79
1,70 0,10 5,77% 17,19 1,75
19,16 1,56 Fonte: Autoria própria
101
Comparando a média de teor de umidade e de massa específica seca obtidos
em campo com os valores fornecidos, Tabela 19, é possível notar que a grande
maioria dos pontos se encontra com densidades de campo inferiores às densidades
máximas obtidas em laboratório com energia do Próctor normal.
Tabela 19 - Avaliação valores de massa específica aparente seca e teor de umidade frente aos valores ótimos obtidos em energia normal
Ponto de Ensaio
Valores Calculados Valores Fornecidos
Média Massa Esp.
Seca (g/cm³)
Média Teor de
Umidade (%)
Média Massa Esp. Seca Máx.
(g/cm³)
Teor de Umidade ótimo (%)
Ponto km
P1 177+900 1,51 17,90 1,71 15,10
P2 178+450 1,50 11,10 1,82 12,60
P3 182+200 1,48 14,78 1,67 20,20
P4 183+050 1,52 10,11 1,77 15,75
P5 196+500 1,55 9,39 1,81 15,40
P6 198+300 1,66 15,00 1,63 18,80
P7 201+500 1,65 9,12 1,90 16,50
P8 212+600 1,47 16,77 1,77 14,40
P9 214+900 1,56 2,18 1,89 14,90
P10 216+200 1,70 18,27 1,71 18,70 Fonte: Autoria própria
A hipótese de baixa densidade in situ foi levantada anteriormente durante a
realização dos ensaios DCP em campo devido à inclinação da curva no início da
penetração da haste do DCP. A partir dos valores obtidos no ensaio PVC, constata-
se a eficiência da avaliação do subleito através do uso do DCP.
5.3 CORRELAÇÃO DN, TEOR DE UMIDADE E MASSA ESPECÍFICA
A obtenção da correlação entre DN (mm/golpe), teor de umidade [w (%)] e
massa específica seca [ρ (g/cm³)] torna-se necessária, para que, ao final, seja
calculado o grau de compactação (GC) do solo com o qual está sendo trabalhado.
Já foi discutido anteriormente nesta dissertação a respeito da influência da
umidade nos resultados do ensaio DCP. A partir dessa discussão, pode-se concluir
que a inclusão desse fator na formulação de obtenção da massa específica aparente
102
seca em campo se torna fundamental para localizar o resultado frente à curva de
compactação.
A fim de se obter uma correlação entre estes três valores, utilizaram-se os
valores dos ensaios de compactação e DCP realizados em laboratório. Aplicou-se
nestes valores a regressão linear múltipla presente no programa Excel. A regressão
linear foi escolhida pela necessidade de correlacionar três fatores em uma mesma
fórmula. Tendo em vista que foi feita a segregação da curva em ramo seco e úmido,
essas secções formam uma reta, tornando-se possível a utilização da regressão
linear. Além do que já foi exposto, a ferramenta é disponibilizada no próprio Excel e é
prática de ser utilizada.
As regressões foram feitas para o ramo seco e úmido das curvas de
compactação de energia normal, intermediária e modificada desenvolvidas em
laboratório. As correlações obtidas são apresentadas na Tabela 20 juntamente com
os respectivos valores de R².
Tabela 20 - Correlações para obtenção da massa específica (g/cm³) em função de DN (mm/golpe) e Umidade (%)
Energia Ramo Seco Ramo Úmido
Formulação R² Formulação R²
Normal 𝜌 = 𝐷𝑁 ∗ 9,18 𝑥 10−7 + 𝑤 ∗ 0,02 + 1,37 0,73 𝜌 = −𝐷𝑁 ∗ 1,92 𝑥 10−3 − 𝑤 ∗ 0,01 + 2,06 0,91
Intermediária 𝜌 = −𝐷𝑁 ∗ 7,18 𝑥 10−3 + 𝑤 ∗ 0,01 + 1,67 0,93 𝜌 = −𝐷𝑁 ∗ 7,54 𝑥 10−4 − 𝑤 ∗ 0,02 + 2,21 0,99
Modificada 𝜌 = 𝐷𝑁 ∗ 2,83 𝑥 10−2 + 𝑤 ∗ 0,03 + 1,52 0,65 𝜌 = −𝐷𝑁 ∗ 3,25 𝑥 10−3 − 𝑤 ∗ 0,01 + 1,99 1,00 Fonte: Autoria própria
As correlações foram separadas para cada ramo da curva de compactação
ensaiada no laboratório, tal como foi discutido no capítulo 5.1.6 - Ensaio DCP. Lá
concluiu-se que, devido ao acréscimo de resistência, à penetração observada no solo
e à possibilidade de obtenção de valores de DN (mm/golpe) iguais para teores de
umidade diferentes, faz-se necessária a obtenção dos teores de umidade em campo
e/ou trabalhar com curvas segregadas. O objetivo disso é tornar mais fácil a definição
em campo da densidade do solo.
As formulações dispostas na Tabela 20 confirmam ainda mais a influência do
teor de umidade na obtenção dos valores de DN e densidade de campo. Isso pode
ser concluído pelo fator multiplicador do teor de umidade ser cerca de 32 vezes maior
do que o DN.
As equações dispostas na Tabela 20 levaram a valores de massa específica
aparente seca [ρ (g/cm³) – calc.] calculadas muito próximas aos obtidos através do
103
ensaio de compactação executados em laboratório [ρ (g/cm³) – lab.]. Os valores de
massa específica aparente seca calculado frente aos obtidos por laboratório são
plotados na Figura 66, enquanto a Tabela 21 mostra os resultados juntamente com o
erro relativo de cada ponto.
Figura 65 - Correlação Densidade Calculada pela formulação versus as obtidas pelo ensaio de compactação
Fonte: Autoria própria
Conclui-se, com base nos resultados expostos na última coluna da Tabela 21,
que os valores de erro relativos obtidos são considerados bem satisfatórios, uma vez
que variaram de 0 a 4%. Os valores de erro relativos foram calculados através da
aplicação da equação 1.
𝐸𝑟𝑟𝑜 (%) =𝐿0−𝐿
𝐿 ................................................................................ (1)
As variações podem ser resultado de pequenas correções aplicadas na curva
de compactação efetuada em laboratório e pelo efeito de confinamento que os moldes
confirmadamente geram na penetração do DCP.
104
Tabela 21 - Valores de massa específica seca calculados a partir das fórmulas de correlação
Energia Compactação
Ramo Curva Compactação
Teor de Umidade
(%)
DN (mm/golpe)
ρ (g/cm³) – lab.
ρ (g/cm³) – calc.
Erro Relativo
(%)
Energia Normal
Ramo Seco
9,53 11,88 1,54 1,57 1,9%
12,80 14,33 1,64 1,64 0,4%
8,59 16,30 1,56 1,55 0,7%
11,06 16,20 1,59 1,60 1,1%
13,05 24,25 1,72 1,65 4,0%
16,39 41,75 1,69 1,72 1,6%
Ramo Úmido
17,64 20,20 1,78 1,80 0,7%
22,66 78,00 1,63 1,62 0,5%
19,12 61,00 1,73 1,70 1,8%
20,78 83,50 1,61 1,64 1,7%
Energia Intermediária
Ramo Seco
4,07 5,29 1,70 1,69 0,1%
8,68 6,33 1,74 1,75 0,8%
5,91 7,68 1,70 1,70 0,1%
9,77 6,41 1,78 1,77 0,6%
Ramo Úmido
13,87 16,50 1,86 1,86 0,0%
20,46 57,00 1,67 1,67 0,3%
16,70 31,50 1,79 1,78 0,8%
15,33 12,88 1,82 1,83 0,5%
18,79 34,83 1,72 1,73 0,3%
20,85 92,00 1,63 1,63 0,3%
Energia Modificada
Ramo Seco
3,77 3,86 1,72 1,74 1,2%
7,94 4,46 1,94 1,89 2,8%
5,58 3,12 1,83 1,78 3,0%
4,91 3,79 1,75 1,78 1,7%
8,81 3,76 1,84 1,89 3,1%
Ramo Úmido
11,87 5,00 1,91 1,91 0,2%
17,62 51,50 1,73 1,73 0,2%
12,49 6,24 1,91 1,90 0,2%
16,41 21,50 1,84 1,83 0,2%
18,60 44,50 1,74 1,74 0,4% Fonte: Autoria própria
Para que seja possível concluir se as curvas são replicáveis em campo, faz-se
necessária a obtenção dos valores de massa específica seca a partir dos valores de
DN e teores de umidade obtidos nas campanhas de campo realizadas nos pontos P1
até P10. Os resultados de massa específica aparente seca serão apresentados como
ρ (g/cm³) – calc2, para que não haja confusão com os valores dispostos na Tabela 21.
Neste ponto é importante destacar que, com base nos valores presentes na
Tabela 21, assume-se que foi aplicada energia normal de compactação no subleito da
plataforma ferroviária entre os marcos quilométricos 177 a 216. Isso se dá porque os
valores de massa específica seca obtidos por meio do ensaio de cravação do tubo de
PVC superaram apenas em um ponto os valores de massa específica aparente seca
máxima fornecidos pela concessionária a apresentados na Tabela 17. Portanto, a
105
Tabela 22 apenas representará valores de massa específica seca calculados a partir
das curvas da energia normal de compactação.
Tabela 22 - Resultados de massa específica aparente seca para valor de teor de umidade e DN de campo
Ponto de Ensaio
1 2 3 4 5 6
Massa Esp. Seca (g/cm³)
Teor de Umidade
(%)
DN (mm/golpe)
Ramo ρ (g/cm³) - calc2
Erro Relativo
(%)
177+900
1,54 14,51 33,92 Seco 1,68 9,1%
1,44 23,41 29,92 Úmido 1,71 18,8%
1,56 15,78 55,43 Úmido 1,75 12,2%
178+450
1,46 11,76 9,70 Seco 1,62 10,8%
1,61 10,89 9,05 Seco 1,60 0,4%
1,44 10,65 10,30 Seco 1,60 10,5%
182+200
1,55 14,83 4,36 Seco 1,69 9,1%
1,45 14,70 9,43 Seco 1,68 15,9%
1,43 14,81 7,32 Seco 1,69 17,6%
183+050
1,54 9,40 10,12 Seco 1,57 1,6%
1,46 10,76 14,00 Seco 1,60 9,3%
1,57 10,18 23,46 Seco 1,59 1,3%
196+500
1,47 9,55 11,00 Seco 1,57 6,8%
1,63 14,58 2,87 Seco 1,68 3,2%
1,19* - - - 1,45 -
198+300
1,62 18,06 37,53 Seco 1,75 8,4%
1,71 13,49 49,50 Seco 1,66 3,0%
1,31* - - - 1,66 -
201+500
1,50 7,68 32,88 Seco 1,53 1,9%
1,75 9,84 45,40 Seco 1,58 9,7%
1,69 9,84 36,24 Seco 1,58 6,4%
212+600
1,42 20,58 8,80 Úmido 1,78 25,2%
1,47 18,82 16,50 Úmido 1,79 21,6%
1,51 10,93 15,85 Seco 1,60 6,2%
214+900
1,53 3,05 16,30 Seco 1,43 6,2%
1,55 2,51 8,29 Seco 1,42 8,2%
1,61 0,98 12,48 Seco 1,39 13,8%
216+200
1,79 18,47 4,80 Seco 1,76 1,2%
1,75 17,19 11,10 Seco 1,74 0,9%
1,56 19,16 29,50 Úmido 1,76 12,6%
Fonte: Autoria própria
Os números seguidos de asterisco (*) foram descartados dos cálculos, devido a
falhas executivas no ensaio. Isso foi feito previamente no ensaio de PVC.
106
Os valores das colunas 1 a 3 dizem respeito aos ensaios realizados em campo
para obtenção da massa específica seca, através da metodologia PVC e já foram
apresentados anteriormente. A coluna 4 indica em qual ramo da curva de
compactação Próctor o ponto se encontra frente ao valor de massa específica
aparente seca máxima, os quais foram apresentados na Tabela 17. A coluna 5 contém
os resultados de massa específica seca calculados a partir das fórmulas na Tabela
20, e a coluna 6 mostra o resultado percentual entre aos valores das colunas 5 e 1.
Os resultados expressos na coluna de erro relativo variaram entre 0,4% até
25,2%, o que aparentemente pode ser considerado ruim, apesar de apenas dois
valores terem alcançado a casa dos 20% de erro. Porém, ao analisar dentro do mesmo
ponto de ensaio, por exemplo o P5 – km 195 + 500 – nota-se que os valores de erro
relativos calculados variaram de 3,2 até 6,8%. Valores que resultam um uma média
de 5% de erro relativo e um desvio-padrão de 1,89%, apenas. Outro ponto que
apresentou resultados satisfatórios é o P6 - km 198+ 300 – o qual obteve valores de
erro relativo variando entre 3,0 até 8,4%, média de erro relativo em 5,70% e desvio-
padrão de apenas 2,74%.
Entretanto, um ponto que vale a pena ser destacado é o expresso na coluna 5,
em que 70% dos valores calculados para massa específica seca através do DCP
ficaram ligeiramente superiores aos resultados obtidos pelo método proposto
Matisinhe (2016) e reproduzido nesta dissertação. A Figura 66 apresenta os
resultados dos valores de massa específica seca, coluna 1, e ρ (g/cm³) - calc2, coluna
5, da Tabela 22 na forma de gráfico de barras, facilitando a visualização dessa
diferença.
107
Figura 66 - Valores de Massa Esp. Seca e ρ (g/cm³) - calc2
Fonte: Autoria Própria
Essa variação pode prejudicar muito o controle de qualidade de compactação
que se objetiva com essa análise, uma vez que que pode levar a falsos graus de
compactação.
O erro também pode estar vinculado aos possíveis baixos valores de massa
específica seca obtidos pelo método PVC, os quais podem se dar a pequenas perdas
de massa de solo após extração do molde cilíndrico do solo, possíveis espaços vazios
na parte interna do PVC. Entretanto, ainda assim os resultados apresentados para o
coeficiente de variação são satisfatórios.
Apesar dos erros averiguados nos resultados de massa específica aparente
seca, é importante ainda avaliar o quanto isso impacta no resultado do grau de
compactação (%), o qual é o resultado da razão da massa específica aparente seca
de campo pela massa específica aparente seca máxima.
A Tabela 23 mostra os resultados do grau de compactação obtidos aplicando-se
os valores de massa específica aparente seca pelo método PVC e pelo método DCP.
108
Tabela 23 - Comparação dos resultados de GC (%) por meio do ensaio DCP e do ensaio PVC
Ponto de
Ensaio
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
Massa Esp. Seca Máx.
(g/cm³)
ρ (g/cm³) - PVC
ρ (g/cm³) - calc2
𝑮𝑪𝟏(%) [(2)/(1)]
𝑮𝑪𝟐 (%) [(3)/(1)]
Erro Relativo (%)
177+900 1,71
1,54 1,68 90% 98% 9%
1,44 1,71 84% 100% 19%
1,56 1,75 91% 103% 12%
178+450 1,82
1,46 1,62 80% 89% 11%
1,61 1,60 88% 88% 0%
1,44 1,60 79% 88% 10%
182+200 1,67
1,55 1,69 92% 101% 9%
1,45 1,68 87% 101% 16%
1,43 1,69 86% 101% 18%
183+050 1,77
1,54 1,57 87% 89% 2%
1,46 1,60 83% 90% 9%
1,57 1,59 89% 90% 1%
196+500 1,81
1,47 1,57 81% 87% 7%
1,63 1,68 90% 93% 3%
1,19* 1,45 - 80% -
198+300 1,63
1,62 1,75 100% 108% 8%
1,71 1,66 105% 102% 3%
1,31* 1,66 - 102% -
201+500 1,90
1,50 1,53 79% 81% 2%
1,75 1,58 92% 83% 10%
1,69 1,58 89% 83% 6%
212+600 1,77
1,42 1,78 81% 101% 25%
1,47 1,79 83% 101% 22%
1,51 1,60 85% 91% 6%
214+900 1,89
1,53 1,43 81% 76% 6%
1,55 1,42 82% 75% 8%
1,61 1,39 85% 73% 14%
216+200 1,71
1,79 1,76 105% 103% 1%
1,75 1,74 103% 102% 1%
1,56 1,76 92% 103% 13% Fonte: Autoria própria
Os valores da coluna 1 representam as massas especificadas aparentes secas
máximas obtidas em cada ponto de trabalho e fornecidos para esta dissertação. As
colunas 2 e 3 trazem os valores de massa específica obtidos através do ensaio PVC
e da formulação proposta para energia normal de compactação disposta na Tabela
109
20, respectivamente. As colunas 4 e 5 mostram os valores de GC (%) calculados a
partir dos resultados expostos nas colunas anteriores e, por fim, a coluna 6.
Outra ótica de avaliação dos resultados de grau de compactação para 𝑮𝑪𝟏 (%)
e 𝑮𝑪𝟐(%) é a análise local dos dados. A Tabela 24 mostra os resultados de média,
desvio-padrão e coeficiente de variação de cada ponto de ensaio de campo
Tabela 24 - Média, desvio-padrão e coeficiente de variação dos resultados de 〖GC〗_1e 〖GC〗_2 (%)
em cada ponto de ensaios de campo
Ponto de Ensaio
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
Média 𝑮𝑪𝟏
Desvio- Padrão
CV (%) Média
𝑮𝑪𝟐 Desvio- Padrão
CV (%)
177+900 88,56% 3,23% 3,65% 100,25% 1,80% 1,79%
178+450 82,72% 4,00% 4,83% 88,27% 0,56% 0,64%
182+200 88,27% 2,94% 3,33% 100,68% 0,08% 0,08%
183+050 86,22% 2,52% 2,92% 89,62% 0,68% 0,75%
196+500 79,02% 10,07% 12,75% 86,74% 5,08% 5,86%
198+300 95,19% 10,33% 10,85% 103,95% 2,85% 2,74%
201+500 86,62% 5,46% 6,31% 82,28% 1,15% 1,39%
212+600 83,04% 2,00% 2,41% 97,58% 4,89% 5,02%
214+900 82,62% 1,90% 2,30% 74,78% 0,99% 1,32%
216+200 99,69% 5,75% 5,77% 102,81% 0,71% 0,69%
Fonte: Autoria própria
Analisando localmente é possível notar que as variações dos valores de grau de
compactação através do uso do DCP, 𝑮𝑪𝟐 (%) apresentaram desvios-padrão e
coeficiente de variação baixos, todos na ordem de 0,08% até cerca de 6%, coluna 5 e
6, respectivamente. Comparando com a metodologia do PVC, 𝑮𝑪𝟏, os resultados para
desvio-padrão e coeficientes de variação foram superiores, podendo chegar até
10,5% para desvio-padrão e 12,75% para o coeficiente de variação, colunas 2 e 3,
respectivamente.
Plotando-se os valores de grau de compactação representados pelas colunas 1
e 4, as quais representam, respectivamente os valores de grau de compactação
calculados com base nos valores do ensaio de tubo de PVC e no ensaio DCP,
encontramos a correlação presente na Figura 67.
110
Figura 67 - Correlação entre resultados de GC1 (%) e GC2 (%) obtidos através dos ensaios de campo de penetração do tubo PVC e ensaio DCP, respectivamente
Fonte: Autoria própria
O coeficiente de determinação (R²) apresentado na Figura 67 mostra que a
correlação entre os valores pode ser considerada moderada quando avaliada numa
amplitude de cerca de 40km de distância entre o Ponto P1 e o P10. Porém, ao plotar
a mesma correlação para uma amplitude de 5 km, representada pelos quilômetros
196+500, 198+300 e 201+500 o valor do coeficiente de determinação praticamente
duplica, como pode ser visto na Figura 68.
Essa análise auxilia na compreensão de que avaliando-se localmente a
correlação desenvolvida nesta dissertação para o ensaio DCP possui melhor
representatividade quando utilizada em áreas de menor amplitude geográfica.
111
Desenvolvendo uma análise através do erro-padrão (𝑒𝑝), intervalo de confiança
de 95%, os quais são calculados através das Equações 2 e 3, respectivamente,
podemos avaliar o nível de confiança dos resultados com nível de significância de 5%.
𝑒𝑝 =𝑑𝑝
√𝑛 .......................................................................................................... (2)
�̅� − 3,72𝑥𝑑𝑝
√𝑛 , �̅� + 3,72𝑥
𝑑𝑝
√𝑛 ............................................................................ (3)
Os fatores representados nas formulações têm os seguintes significados:
�̅� sendo a média, n sendo o número de amostras, 𝑑𝑝 o desvio-padrão e, 3,72 diz
respeito ao percentil associado ao nível de significância de 5% através da distribuição
de T-Student, já que possuímos n inferior a 30. Os valores foram obtidos através de
equações do software Excel.
Tabela 25 - Avaliação de erro-padrão, margem de erro e intervalo de confiança para os valores de GC (%) obtidos através do ensaio de penetração do PVC e DCP em campo
Ensaio PVC Ensaio DCP in situ
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ponto de Ensaio
Erro- Padrão
Margem de Erro
Limite Inferior
Limite Superior
Erro- Padrão
Margem de Erro
Limite Inferior
Limite Superior
177+900 2,16% 8,03% 80,53% 96,59% 1,20% 4,46% 95,79% 104,71%
178+450 2,67% 9,93% 72,79% 92,66% 0,38% 1,40% 86,87% 89,67%
182+200 1,96% 7,30% 80,97% 95,58% 0,05% 0,19% 100,49% 100,87%
183+050 1,68% 6,25% 79,97% 92,46% 0,45% 1,68% 87,94% 91,30%
196+500 2,89% 10,77% 74,92% 96,46% 3,39% 12,63% 74,11% 99,36%
198+300 1,83% 6,83% 95,49% 109,14% 1,90% 7,08% 96,87% 111,02%
201+500 3,64% 13,57% 73,05% 100,20% 0,76% 2,85% 79,43% 85,13%
212+600 1,33% 4,96% 78,08% 88,01% 3,26% 12,16% 85,42% 109,74%
214+900 1,26% 4,71% 77,91% 87,33% 0,66% 2,45% 72,32% 77,23%
216+200 3,84% 14,29% 85,39% 113,98% 0,48% 1,77% 101,04% 104,58%
Fonte: Autoria própria
Analisando os resultados presentes na Tabela 25, mais especificamente nas
colunas 2 e 6, denominadas Margem de Erro dos valores obtidos para GC (%), pode-
se notar que os valores variaram entre 4,7% até cerca de 15% para os ensaio de
penetração do PVC e, 0,19% até cerca de 12,5% para o ensaio DCP. Isso significa
que os resultados alcançados através da utilização das formulações propostas nesta
112
dissertação obtidas por meio da correlação entre teor de umidade, massa específica
e cravação do DCP provaram-se com maior acurácia frente ao ensaio utilizando um
cilindro de volume conhecido cravado no solo.
Ao avaliar os resultados descritos, percebe-se que a reprodutibilidade do ensaio
DCP é alta para ensaios de campo, tal como foi mostrado anteriormente no Capítulo
5.1.6 – Ensaio DCP através da Tabela 14. Além disso, pode-se atestar a qualidade de
compactação de uma área com melhor exatidão, mesmo com um número baixo de
ensaios DCP realizados em campo, apesar da facilidade de o ensaio acabar
promovendo um maior número de ensaio avaliativos.
Ao comparar os erros relativos obtidos entre os valores de 𝑮𝑪𝟏 (%) e 𝑮𝑪𝟐(%),
Tabela 26, pode-se concluir que os valores são aceitáveis, uma vez que o maior valor
obtido ficou com cerca de 17%.
Tabela 26 - Cálculo do erro entre o cálculo de GC1 e GC2 em cada ponto de avaliação de campo
Ponto de Ensaio
Média 𝑮𝑪𝟏
Média 𝑮𝑪𝟐
Erros Relativos
(%)
177+900 88,56% 100,25% 13,20%
178+450 82,72% 88,27% 6,71%
182+200 88,27% 100,68% 14,06%
183+050 86,22% 89,62% 3,95%
196+500 79,02% 86,74% 9,77%
198+300 95,19% 103,95% 9,20%
201+500 86,62% 82,28% 5,02%
212+600 83,04% 97,58% 17,50%
214+900 82,62% 74,78% 9,49%
216+200 99,69% 102,81% 3,13% Fonte: Autoria própria
De forma geral, os erros podem ser creditados à influência da borda do molde
de CBR na obtenção da curva de correlação laboratorial, na obtenção da curva de
compactação e na profundidade do ensaio DCP e do PVC. Também à influência de
possíveis bolsões da água durante o processo de investigação com o DCP, uma vez
que o equipamento acaba avaliando uma espessura maior de solo se comparado ao
PVC.
113
6. CONCLUSÃO
Levando como base os resultados obtidos nesta pesquisa, as seguintes
conclusões podem ser tomadas:
• O ensaio PVC proposto por Matsinhe (2016) e reproduzido nesta dissertação é
comprovadamente mais prático frente ao ensaio de frasco de areia e traz
resultados que podem ser considerados satisfatórios. Entretanto, é importante
salientar que se deve ter muito cuidado para que, no momento da remoção dos
cilindros, não haja perturbação ou perda do solo existente nele;
• O DCP é de fácil utilização, prático e, tendo em vista os resultados obtidos
nesta dissertação, possui uma boa reprodutibilidade para a Região Sudeste do
Brasil, mais especificamente próximo à cidade de Itu/SP;
• Apesar de o DCP ser uma ferramenta ótima para atividades de campo, a
metodologia proposta neste trabalho não auxilia na inspeção do subleito por
alguns motivos: possibilidade de encontrar bolsões de água presos no subleito,
os quais podem levar a avaliações errôneas da condição do solo e o valor de
massa específica aparente seca não traz consigo resultados da condição de
deformação do solo, fator importante e obtido através do módulo de resiliência;
• A segregação da curva de compactação em dois ramos, seco e úmido, auxilia
na estimativa de resultados da massa específica aparente seca de campo e
reduz as chances das equipes erroneamente obterem valores de DN baixos,
porém como solo fora da umidade ótima dele. Fato esse visto por outros
autores em trabalho com o DCP;
• Conclui-se também que as equações propostas neste trabalho obtiveram
valores considerados satisfatórios ao avaliar os baixos valores de erro-padrão
e margem de erro obtidos frente ao ensaio de cravação de cilindro de PVC.
Dessa forma, elas podem ser reutilizadas na Região Sudeste do Brasil, em
solos com características similares, para controle de qualidade de camadas de
compactação;
• É confirmado que o DCP é um equipamento ótimo para utilização em campo.
Portanto, as pesquisas futuras indicadas aqui o utilizarão;
• Definir valores para o efeito da borda sobre o ensaio DCP realizado em
laboratório, a fim de corrigir as curvas de correlação propostas para ele;
114
• Definir mais curvas de correlação entre DN (mm/golpe) e massa específica
aparente seca em campos de trabalho mais reduzidos, a fim de alcançar erros
e coeficientes de variação ainda menores;
• Definir curvas de correlação entre DN (mm/golpe) e massa específica aparente
seca para amostras não deformadas;
• Desenvolver uma curva de correlação entre o DCP e o módulo de resiliência,
objetivando avaliar a condição dos subleitos das vias férreas, a fim de definir
planos de manutenção mais eficientes e assertivos.
115
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
_____ NBR-6457: solo – Amostras de solo: Preparação para ensaios de compactação
e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro, 2016.
_____ NBR-6458: solo – determinação da massa específica, massa específica
aparente e da absorçãode água. Rio de Janeiro, 2017.
_____ NBR-6459: solo – determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 1984.
_____ NBR-6966: Dormente. Rio de Janeiro, 1984.
_____ NBR-7180: solo – determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 1984.
_____ NBR-7181: solo – análise granulométrica. Rio de Janeiro, 1984.
_____ISF - 207: Estudos geotécnicos. Brasília, 2015.
_____ISF - 212: Projeto de Infraestrutura de Via Permanente. Brasília, 2015.
_____NBR-7182: solo – ensaio de compactação. Rio de Janeiro, 1988.
_____NBR-7590: Trilho Vignole – Requisitos. Rio de Janeiro, 2012.
_____NBR-9813: Determinação da Massa Específica Aparente in situ com emprego
de cilindro de cravação. Rio de Janeiro, 1987.
Ackah, P. A Laboratory Investigation into the Effect of Confinement on the
Dynamic Cone Penetration Index of a Lateritic Soil for Field Compaction
Verification. Dissertation (Masters), KWAME NKRUMAH UNIVERSITY OF
SCIENCE AND TECHNOLOGY, KUMASI, GHANA, 2016 p 81.
116
AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES FERROVIÁRIOS. Disponível em:
<https://www.antf.org.br/>. Acesso em: 27 de outubro de 2019.
AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTRES. Concessões
Ferroviárias.
AGÊNCIA NACIONAL DOS TRANSPORTADORES FERROVIÁRIOS (b).
Informações Gerais. Disponível em: < http://www.antf.org.br/informacoes-gerais/>.
Acesso em: 01/05/2018.
AGÊNCIA NACIONAL DOS TRASNPORTADORES FERROVIÁRIOS. Histórico.
Disponível em: < http://www.antf.org.br/historico/ >. Acesso em: 01/05/2018.
AGUIAR, Marcos F. P.; TEIXEIRA, Marcel M. B. G.; OLIVEIRA, Anderson L.; MOURA,
Alfran S. Contribuição metodológica para controle de qualidade de camadas de
pavimentos flexíveis com base em correlações CBR x DCP. 2011. Conex. Ci. e
Tecnol, v. 5, n.3, p. 22-27, Fortaleza, Ceará, nov. 2011.
ALAM, M. J., et al. Development of correlation between dynamic cone resistance
and relative density of sand Journal of Civil Engineering (IEB), 42 (1) (2014) 63-
76.
Almeida, F. M. Energias para compactação de solos destinados a estruturas de
pavimentos asfálticos. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) –
Graduação em Engenharia Civil – Faculdade de Engenharia Civil da Universidade
Federal de Uberlândia, 2017.
Almeida, M. A. et al. DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DO SOLO LATERÍTICO
DE CASCAVEL/PR POR MEIO DO CONE DE PENETRAÇÃO DINÂMICA (CPD),
2019. Revista de Engenharia e Tecnologia. v. 11 n. 3 (2019).
ALVES, A.B.C. e TRICHÊS, G. Metodologia de Controle Tecnológico de Execução da
Camada Final de Terraplenagem Utilizando o Penetrômetro Dinâmico de Cone. Anais
117
do III Simpósio de Prática de Engenharia Geotécnica da Região Sul, Geosul, 2002.
Joinville/SC, 2002. p.203-209.
ALVES, Anelise Beatriz Cardoso. Avaliação da Capacidade de Suporte e Controle
Tecnológico de Execução da Camada Final de Terraplenagem utilizando o
Penetrômetro Dinâmico de Cone. Dissertação (Mestrado) - UFSC - Universidade
Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2002. 171p.
Amadi, A. A., et al., Case study of construction quality control monitoring and strength
evaluation of a lateritic pavement using the dynamic cone penetrometer, Int. J.
Pavement Res. Technol. (2018), <https://doi.org/10.1016/j.ijprt.2018.07.001>.
AMINI, F. Potential Applications of the Static and Dynamic Cone Penetrometers
in MDOT Pavement Design and Construction, 2003. Mississippi Department of
Transportation.
Ampadu, et al. The influence of water content on the Dynamic Cone Penetration Index
of a lateritic soil stabilized with various percentages of a quarry by-product.
Transportation Geotechnics 5 (2015) 68–85.
ANGELONE, S., TOSTICARELLI, J. and MARTINEZ, F., El Penetrometro Dinamico
de Cono, su Aplication al Control y Disenño Estructural de Pavimentos, 6o Congresso
Ibero-Latino Americano del Asfalto, 1991.
ASTM – D-6951 Standard Test Method for use of the dynamics cone penetrometer in
shallow pavement applications. ASTM International, 2003. 7p.
BERTI, Carolina. Avaliação da capacidade de suporte de solos “in situ” em obras
viárias através do cone de penetração dinâmica – Estudo experimental.
Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade
estadual de campinas, 2005, 122 págs. Dissertação de Mestrado.
118
BERTI, Carolina; PAIVA, Cassio E. L. de. Correlações entre Índices de Penetração
DCP e CBR Disponíveis na Literatura. Trabalho V-031. V Jornada Luso-Brasileiras
de Pavimentos: Políticos e Tecnologias. Recife, 2006.
Boddupalli, S. S. et al. Maintrainenance: Keeping Heavy Rail Maintenance on Track.
Transportation Research Record 2019, Vol. 2673(7) 192–203.
BRINA, H.L. Estradas de Ferro 1 – Via Permanente. Rio de Janeiro: Livros Técnicos
e Científicos S.A., 1979.
CARDOSO, A.B.; TRICHÊS, G. Utilização do Penetrômetro Dinâmico de Cone no
Controle Tecnológico de Camadas Finais de Aterros Rodoviários e na Avaliação da
sua Capacidade de Suporte. In: REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO, 31.,1998,
São Paulo. Anais... Rio de Janeiro: ABPv, 1998. p. 686-698.
CARDOSO, A.C.; TRICHÊS, G. Avaliação da Capacidade de Suporte de Aterros e
Subleito de Rodovias Utilizando o Penetrômetro Dinâmico de Cone. In: CONGRESSO
BRASILEIRO DE MECÂNICA DOS SOLOS E ENGENHARIA GEOTÉCNICA, XI.,
1998, Brasília. Anais... p. 649-656.
CARVALHO, J. C., et al. Tropical soils for highway construction: Peculiarities and
Considerations. Transportation Geotechnics 5 (2015) 3–19.
CARVALHO, R. G. Correlações entre os ensaios DCP e CBR para solos
saprolíticos de textura fina. Tese de Mestrado. Curso de Engenharia de Infra-
Estrutura Aeronáutica. Instituto Tecnológico de Aeronáutica. São José dos
Campos/SP, 2005.
Chennarapu, H., et al. Compaction Quality Control of Earth Fills Using Dynamic Cone
Penetrometer. J. Constr. Eng. Manage., 2018, 144(9): 04018086. DOI:
10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0001530.
CHIBWE, J., MUSENERO, L. Comparative Analysis of the Dynamic Cone
Penetrometer – Cone Penetration Rate Design Approach against Other Methods Used
119
for Upgrading of Low Volume Roads: Case of Uganda and Zambia, 2019. Journal of
the transportation Research Board.
CHUKKA, D., CHAKRAVARTHI, V. K. Evaluation of Properties of Soil Subgrade Using
Dynamic Cone Penetration Index – A Case of Study, 2012. International Journal of
Engineering Research and Development, Volume 4, Issue 4, PP. 07-15
COUTINHO, João C. P. Dimensionamento de Pavimento Asfáltico: comparação
do método do DNER com método mecanistico-empírico aplicado a um trecho.
Dissertação (Mestrado)- Universidade Federal de Ouro Preto, 2011. 214p.
CRONEY, P.; CRONEY, D. The Design and Performance of Road Pavements.
Third Edition. New York: McGraw-Hill. 1998.
DAL PAI, M. Claudia. Investigação Geotécnica de Vias Urbanas Empregando o
Método das Pastilhas e Penetrômetro Dinâmica de Cone- DCP. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Civil). Universidade Federal de Santa Catarina.
Florianópolis, 2005. 253 p.
Dariva, L. B. AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DE UM
SUBLEITO DE PAVIMENTO DE VIA FÉRREA DO TIPO HEAVY HAUL. Dissertação
(Mestrado) – Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 2016. 246p.: il.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA ESTRUTURA. Glossário Ferroviário. S.d.
ESVELD, C. Modern railway track. MRT Productions, 2001, 654 p.
FORTUNATO, E. M. C. Renovação de Plataformas Ferroviárias. Estudo Relativo
à Capacidade de Carga. Tese de Doutorado. Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto/ FEUP, Portugal, 2005.
Gholami, A., et al. Assessment of the Effect of Skin Friction on the Results of Dynamic
Penetration Testing in Cohesionless Soil, 2019. Iranian Journal of Science and
120
Technology, Transactions of Civil Engineering <https://doi.org/10.1007/s40996-
019-00286-8>.
Godfrey, K. e Allan, K. Development of a correlation between bearing capacity and
Dynamic Cone Penetrometer Index. Makerere University, 2019.
Haddani, Y. et al. Trackbed Mechanical and Physical Characterization using
PANDA®/Geoendoscopy Coupling. Advances in Transportation Geotechnics 3 .The
3rd International Conference on Transportation Geotechnics (ICTG 2016).
Volume 143, 2016, Pages 1201–1209.
Hamid, A. M. et al. Assessing the Effect of Density and Water Level on the Degree of
Compaction of Sand Using Dynamic Cone Penetration Test, 2018. Arabian Journal
for Science and Engineering <https://doi.org/10.1007/s13369-018-3641-0>.
HARRISON, J.A. Correlation of CBR and Dynamic Cone Penetrometer Strength
Measurment of Soils. Australian Road Research, 16(2). June, 1986. p.130-136.
Hassan, A. (1996). The Effect of Material Parameters on Dynamic Cone
Penetrometer Results for Fine-Grained Soils and Granular Materials, Ph.D.
Dissertation, Oklahoma State University, Stillwater, Oklahoma.
HEAD, K.H. Soil Technicians’ Handbook. Londom: Pentech Press Limited
Publishens.1989.
Herath A, Mohammad LN, Gaspard K, Gudishala R, Abu-Farsakh MY. The use of
dynamic cone penetrometer to predict resilient modulus of subgrade soils.
Geofrontiers congress 2005 American Society of Civil Engineers 2005.
<https://doi.org/10.1061/40776(155)2>.
HERRICK, J.E., T.L. JONES. 2002. A dynamic cone penetrometer for measuring soil
penetration resistance. Soil Science Society of America Journal 66: 1320-1324.
121
HEYN, A.T. Aplicações de Penetrômetro Dinâmico de Ponta Cônica na Avaliação de
Estruturas de Pavimento. In: REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO, 21.,1986,
Salvador. Anais...Rio de Janeiro: ABPv, 1986. p.139-149.
Hong, W. T., et al. Characterization of Railroad Track Substructures using
Dynamic and Static Cone Penetrometer. 2016 Australian Geomechanics Society,
Sydney, Australia, ISBN 978-0-9946261-1-0.
HONG, W. T., et al. Strength and stiffness assessment of railway track substructures
using crosshole-type dynamic cone penetrometer. Soil Dynamics and Earthquake
Engineering 100 (2017) 88–97.
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Disponível em:
<http://geoftp.ibge.gov.br/informacoes_ambientais/climatologia/mapas/brasil/Map_B
R_clima_2002.pdf>. Acesso em: 31/10/2019.
JAYAWICKRAMA, PRIYANTHA W., ARUNA L. AMARASIRI, PEDRO E. REGINO
(2000): Use of Dynamic Cone Penetrometer (DCP) to control compaction of granular
fill. Transportation Research Record No.1736, Journal of the Transportation
Research Board, National Research Council, Washington D.C., pp.71-80.
Jjuuko, S. et al. Prediction of Compaction Density of Lateritic Soil Base Pavement
Layers from Dynamic Cone Penetration Values in Uganda. Innovative Geotechnics
for Africa - Bouassida, Khemakhem & Haffoudhi (Eds.) 2015 © ISBN : 978-9938-12-
936-6
K. W. McLain & D. D. Gransberg (2019) Nuclear density gauge compaction testing
alternatives: synthesis and critical analysis, Journal of Structural Integrity and
Maintenance, 4:2, 86-96, DOI: 10.1080/24705314.2019.1603192.
KARUNAPREMA, K.A.K.; EDIRISINGHE, A.G.H.J. A Laboratory Study to Establish
Some Useful Relationships for the Use of Dynamic Cone Penetrometer. In: University
Peradenyia, Sri Lanka. EJGE, 2002.
122
Kennedy, J. H. A full-scale laboratory investigation into railway track
substructure performance and ballast reinforcement. Submitted for the degree of
Doctor, Heriot-Watt University, 2011.
KLEYN, E.G.; SAVAGE, P.E. The Application of the Pavement DCP to Determine the
Bearing Properties and Performance of Road Pavaments. In: International
Symposium on Bearing Capacity of Roads and Airfields,Trondheim, Norway,
1982.
KLINCEVICIUS, M. G. Y. Estudo de Propriedades, de Tensões e do
Comportamento Mecânico de Lastros Ferroviários. Dissertação de Mestrado,
Escola Politécnica de São Paulo. São Paulo, 2011.
LEPSCH, I. F. Formação e Conservação dos Solos. 2. ed. São Paulo: Oficina dos
Textos, 2002.
LIMA, L.C. O Ensaio DCP aplicado no Controle de Qualidade de Compactação de
Obras Viárias executadas com Solos Lateríticos de Textura Fina. Tese de
Mestrado. Instituto Tecnológico de Aeronáutica. ITA, 2000.
MACÊDO, F. B. Estudo do desgaste de trilhos ferroviários. Monografia. Juiz de
Fora, 2009.
MacRobert, C. J. et al. Dynamic Cone Penetrometer (DCP) Relative Density
Correlations for Sands. Soils and Rocks, São Paulo, 42(2): 201-207, May-August,
2019.
Marques, A. M. C. Avaliação da contaminação do balastro ferroviário.
Contribuições na aplicação do Radar de Prospeção. 2017. Dissertação de
Mestrado. Universidade Nova Lisboa.
MATSINHE, D. Z. Uso do tubo de PVC para determinação da densidade do solo
visando o manejo da irrigação. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de
Viçosa, 2016.
123
McHenry, M. T.; Rose, J. G. RAILROAD SUBGRADE SUPPORT AND
PERFORMANCE INDICATORS. A Review of Available Laboratory and In-Situ Testing
Methods. Research Report. Kentucky Transportation Center, 2012.
MEDINA, J. de. MOTTA, L. M. G. da. Mecânica dos Pavimentos. 3. ed. Rio de
Janeiro, Editora Interciência, 2015.
MEDINA, J. Notas históricas acerca da Mecânica dos Pavimentos - In: 23ª REUNIÃO
ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO. Florianópolis, SC, 1988. V. 01 p. 330-345.
MELO FILHO, H. B. (2007). Aplicação do Cone de Penetração Dinâmica (DCP)
como alternativa para fundações rasas. Dissertação (Mestrado) - Universidade
Federal de Campina Grande. Campina Grande, 2007, 128 p.
MnDOT. User guide to the dynamic cone penetrometer, office of minnesota road
research, Minnesota Department of Transportation, Maplewood, MN, USA, 1996.
Mohajerani, A. et al. A practical technique for the compaction control of sand in road
construction: using a dynamic lightweight cone penetrometer, 2019. Road Materials
and Pavement Design. DOI: 10.1080/14680629.2019.1634123.
Mohammad LN, Herath A, Gudishala R, Nazzal MD, Abu-Farsakh MY, Alshibli K.
Development of models to estimate the subgrade and subbase layers’ resilient
modulus from in situ devices test results for construction control. Report no.
FHW-LA-406. FHWA, US Department of Transportation; 2008.
Mohammadi S.D., Nikoudel M.R., Rahimi H., Khamehchiyan M. Application of the
Dynamic Cone Penetrometer (DCP) for determination of the engineering parameters
of sandy soils. Engineering Geology 101 (2008) 195-203.
MONASTIRSKY, L. B. FERROVIA: Patrimônio Cultural. Estudo sobre a ferrovia
brasileira a partir da região dos Campos Gerais (PR). Tese de Doutorado,
124
Programa de Pós-Graduação em Geografia, Universidade Federal de Santa Catarina,
Florianópolis, SC, 2006, 203 p.
Mousavi, S. H. et al. Resilient modulus prediction of soft low-plasticity Piedmont
residual soil using dynamic cone penetrometer. Journal of Rock Mechanics and
Geotechnical Engineering xxx (2018) 1e10.
MUNIZ DA SILVA, L. F. S. Fundamentos Teórico-Experimentais da Mecânica dos
Pavimentos Ferroviários e Esboço de um Sistema de Gerência Aplicado à
Manutenção da Via Permanente. Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro,
Brasil. 2002.
NABAIS, J. S. et al. Manual Básico de Engenharia Ferroviária. São Paulo, Oficina
de Textos, 2014.
NABIZADEH, H., Siddharthanb R. V. , Hajjb E. Y., Nimerib M., Elfass S. Validation of
the subgrade shear strength parameters estimation methodology using light weight
deflectometer: Numerical simulation and measured testing data. Transportation
Geotechnics 21 (2019) 100259
National Cooperative Highway Research Program (NCHRP). Harmonized test
methods for laboratory determination of resilient modulus for flexible pavement
design. NCHRP 1-28A. Washington, DC: NCHRP; 2003.
Navaratnarajah, S. K., et al. Application of Shock Mats in Rail Track Foundation
Subjected to Dynamic Loads. Advances in Transportation Geotechnics 3 .The 3rd
International Conference on Transportation Geotechnics (ICTG 2016).
NBR-6457: Amostras de Solos – preparação para ensaios de compactação e ensaios
de caracterização. Rio de Janeiro, 1986.
Nguyen, B. T. & Mohajerani A. (2015) Determination of CBR for fine-grained soils using
a dynamic lightweight cone penetrometer, International Journal of Pavement
Engineering, 16:2, 180-189, DOI:10.1080/10298436.2014.937807.
125
NOGAMI, J.S. e VILLIBOR, D.F. Pavimentação de Baixo Custo com Solos
Lateríticos. São Paulo: Villibor, 1995. 188 p.
NORMA DNIT 172/2016 – Solos – Determinação do Índice de Suporte Califórnia
utilizando amostras não trabalhadas – Método de ensaio.
OLIVEIRA, L.E.de.; VERTAMATTI, E. Utilização do Cone de Penetração Dinâmica
(DCP) na Avaliação Estrutural de Pavimentos de Baixo Volume de Tráfego. In:
REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO, 31.,1998, São Paulo. Anais... Rio de
Janeiro: ABPv, 1998. p.616-628.
Paige-Green, P. and Van Zyl, G.D. (2019) A Review of the DCP-DN Pavement Design
Method for Low Volume Sealed Roads: Development and Applications. Journal of
Transportation Technologies, 9, 397-422. https://doi.org/10.4236/jtts.2019.94025.
Paige-Green, P.; Plessis, L. Use and interpretation of the dynamic cone penetrometer
(DCP) test. Pretoria: CSIR. 2009.
PINTO, C. S. (2000). Curso básico de mecânica dos solos. São Paulo, SP.
Prasad, A. Various Cost Effective Maintenance Practices for Conventional Track
Structure. AREMA 2016 Annual Conference & Exposition
Ranasinghe, R.A.T.M., et al. Genetic programming for predictions of effectiveness of
rolling dynamic compaction with dynamic cone penetrometer test results. Journal of
Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 11 (2019) 815 e 823.
Ribeiro, F. S. Proposta de metodologia para estudos geotécnicos em projetos de
pavimentos ferroviários [manuscrito]. Dissertação (Mestrado) - Universidade
Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Núcleo de Geotecnia - NUGEO. 2012.191 fl.
Rudolf, B. & Vierlinger, P. (2005). “Integral ballast recycling contributes to sustainable
development.” Railway Gazette International, 161, 44–46.
126
SANTOS, J. D. Contribuição ao estudo dos solos lateríticos granulares como
camada de pavimento. Tese de Doutorado, Universidade federal do Rio de Janeiro
– COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro. 1998.
SASKATCHEWAN HIGHWAYS AND TRASNPORTATION. Standard Test
Procedures Manual. STP 240-20.
Scala, A.J. (1956) Simple Methods of Flexible Pavement Design Using Cone
Penetrometers.
SCHIMTZ, C.S. Análise do Comportamento Estrutural de Sistemas de Drenagem
Viária Constituídos por Tubos Plásticos Flexíveis envolvidos com Areia.
Dissertação de Mestrado. Universidade de São Paulo. EPUSP, 2002.
SCHLÖGEL, Caio V. Uso do DCP para avaliação do grau de compactação de um
solo na região oeste de Curitiba- PR. 2015. 87 f. Trabalho de conclusão de curso –
Departamento Acadêmico de Engenharia Civil, Universidade Tecnológica Federal do
Paraná, Curitiba. 2015.
Schoppa, R. F. 150 anos de trem no Brasil. Rio de Janeiro, RJ: Ed. Autor, 2004.
196p.
Selig, E. T. Track Substructure Maintenance - From Theory to Practice. Trabalho
preparado para a Conferência Anual da American Railway Engineering and
Maintenance-of-Way Association (AREMA), 2001.
SELIG, E.T.; WATERS, J.M. “Track Geotechnology and Substructure
Management”. London, Thomas Telford Services Ltd., 1994.
SIDHU, D. S., JAH J., and GILL, K. S. Development of correction factor for penetration
index of dynamic cone penetrometer to assess in situ soaked California bearing ratio,
2018. Journal of The Institution of Engineers (India): Series A: 1-7.
127
Silva Filho, J. C. Contribuição para o Desenvolvimento de um Método de
Dimensionamento Mecanístico-Empírico de Pavimentos Ferroviários com Foco
nos Solos Tropicais, 2018. Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia de Defesa do Instituto Militar de Engenharia.
Silva, R. F. da. Análise de tensões e deformações em pavimentos ferroviários.
Dissertação (Mestrado) – Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 2016. 138p.
Silva Filho, J.C. Análise numérica do comportamento mecânico de um pavimento
ferroviário para diferentes tipos de veículos de via. Dissertação (Mestrado) -
Universidade Federal de Ouro Preto. Programa de Pós-Graduação em Geotecnia,
2013.
Silva, R. F. da. Análise de tensões e deformações em pavimentos ferroviários.
Dissertação (Mestrado) – Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 2016. 138p
Simson, S, Ferreira, L, Murray, M. (2000). RAIL TRACK MAINTENANCE PLANNING:
An ASSESSMENT MODEL. Transportation Research Record, Vol. 1713, p. 29-35.
Sousa, M. A. S. Análise geotécnica de solos tropicais de ocorrência ao longo da
estrada de ferro carajás para uso como camadas de pavimento rodoviário.
Dissertação (Mestrado) – Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 2016. 222 p.
SOUZA, R. A. de. Estudo Comparativo dos Ensaios de CBR e mini-CBR para
solos de Uberlândia- MG. 2007. Dissertação (Mestrado)- Faculdade de Engenharia
Civil - Universidade Federal de Uberlândia. 114 p.
Stefani, A. M. (2003). Report of review of slow orders and track reclassification
Federal Railroad Administration. US Department of Transportation Office of the
Secretary of Transportation, MH-2004-007, Washington DC.
TORRES, V. C. de A. Ensaio de cone de penetração dinâmica para Controle para
compactação de vias urbanas na cidade de Curitiba/PR. Dissertação (Mestrado),
128
Universidade Tecnlógica Federal do Paraná, Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Civil, Curitiba, 2017. p 90-96.
Transport Research Laboratory, A Guide to the Structural Design of Bitumen-
Surfaced Roads in Tropical and Sub-tropical Countries, TRL, Crowthorne, 1993
(Overseas Road Note 31).
Transport Research Laboratory. Overseas Road Note 8. Department for
International Development, Crowthorne, UK, 1990.
TRICHÊS, G.; CARDOSO, A.B. Avaliação da Capacidade de Aterros e Subleito de
Rodovias Utilizando o Penetrômetro Dinâmico de Cone e a Viga Benkelman. In:
TRANSPORTE EM TRANSFORMAÇÃO, IV. Trabalhos Vencedores do Prêmio CNT
– Produção Acadêmica 1999. Anais... Makron Books, 1999. p. 35-49."
VERTAMATTI, E.; OLIVEIRA, L.E.de. Análise de Pavimento de Baixo Volume de
Tráfego Executado com Solos Transicionais. In: SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE
PAVIMENTAÇÃO DE RODOVIAS DE BAIXO VOLUME DE TRÁFEGO, 1., 1997, Rio
de Janeiro. Anais... p. 326-344.
VIANA, H. M. F. Estudo do Comportamento Resiliente dos Solos Tropicais
Grossos do Interior do Estado de São Paulo. Tese de Doutorado. Escola de
Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos, 2007.
VILLIBOR, D. F., NOGAMI, J. S., CINCERRE, J. R., SERRA, P. R. M., & NETO, A. Z.
Pavimentos de Baixo Custo para Vias Urbanas. 2° ed. São Paulo: Arte e Ciência
Editora, 2009.
Wachiraporn, S. et al. Correlations Between DCP Penetration Index and Properties of
Pavement Layer Materials. Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2018 Proceedings of
the 4th Congrès International de Géotechnique - Ouvrages -Structures, Lecture
Notes in Civil Engineering 8, DOI 10.1007/978-981-10-6713-6_38
YODER, E.J. Principles of Pavement Design. Second Edition. 1959.
129
Zhang, J. et al. Measurement of Degree of Compaction of Fine-Grained Soil Subgrade
Using Light Dynamic Penetrometer. Hindawi Advances in Civil Engineering.
Volume 2018, Article ID 1364868, 8 pages.
Zica, E. da S. Estudo comparativo entre energias de compactação do subleito
para subsidiar projetos de pavimentação. Dissertação (Mestrado) - Universidade
Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. NUGEO, 2010.
