VINICIUS HENRIQUE HEIDERSCHEIDT UNIVERSIDADE DO SUL DE

UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINAVINICIUS HENRIQUE HEIDERSCHEIDT

IMPACTO DA NORMATIVA DNIT 108/2009 - ES NO COMPORTAMENTO DOSSOLOS E NO CUSTO DE TERRAPLENAGEM

Palhoça2019

IMPACTO DA NORMATIVA DNIT 108/2009 - ES NO COMPORTAMENTO DOSSOLOS E NO CUSTO DE TERRAPLENAGEM

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado aocurso de Engenharia Civil, da Universidade do Sulde Santa Catarina, como requisito parcial para aObtenção do grau de Bacharel em EngenhariaCivil.

Palhoça2019

Dedico este trabalho aos meus pais, irmãs e avó.

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, Luciano e Ana Paula pelos ensinamentos, orientações eeducação que me proporcionaram estar escrevendo esta dissertação hoje.

Quero agradecer a minha professora orientadora Fernanda Soares, peloempenho dedicado ao meu projeto de pesquisa e as ideias, apoio e paciência quepropiciaram a formação deste trabalho.

Aos meus amigos, Franciely Silva, Lucas Drehmer e Rafaela Maccarini semos quais não haveria tempo hábil aos ensaios em laboratório.

Às professoras Heloísa Turatti e Paola Ortiz, pela convivência, conselhos eaprendizado em laboratório durante todo meu período acadêmico.

Às pessoas especiais em minha vida, pelas quais sou grato pelo apoio queme deram nos últimos anos.

''O sucesso normalmente contempla aqueles queestão ocupados demais para procurar por ele''(Henry David Thoreau)

RESUMO

O estudo de compactação dos solos é verificado em áreas abrangentes no campoda Engenharia Civil. Geralmente, quando há transporte e aterro de solos, estesencontram-se em um estado poroso e pouco resistente tornando-se extremamentedeformáveis. Neste sentido, os procedimentos de compactação servem como umaforma de devolver e melhorar características essenciais de solos naturais nãotrabalhados, beneficiando aspectos como resistência à compressão, cisalhamento eredução de vazios, o que resulta em um aumento do peso específico e possibilita ummaciço mais homogêneo. Este trabalho apresenta a utilização das energiaspadronizadas Proctor (Normal, Intermediário e Modificado) como maneira demelhorar as características de suporte de três solos distintos, através dacompactação dos solos, para definir os valores de ISC e expansão e sua aplicaçãonos limites estabelecidos na normativa DNIT 108/2009 - ES, com especificações deutilização para aterros rodoviários. Os solos foram classificados através daclassificação TRB como A-7-6 (AM1), A-2-4 (AM2) e A-7-5 (AM3), solos queapresentam características regulares a ruins de suporte. Os ensaios demonstraramacréscimos de índice de suporte nos solos analisados à medida em que há oaumento das energias. A seguir, foi realizada uma análise de custos entre anormativa atual e antiga, com o intuito de realizar um comparativo entre aatualização dos limites utilizados para camadas finais e corpo de aterro. Osresultados demonstraram que a amostra AM3 adquiriu um aumento de 28,60% nosvalores de ISC entre a energia normal e intermediária, seguida pela amostra AM1com um aumento de 27,50%. A amostra AM2 vem em seguida, com um pequenoacréscimo de 2,66 %. Já em relação ao aumento entre a energia intermediária emodificada, a amostra AM3 não obteve resultado relevante, com acréscimo deapenas 1,40 %. O acréscimo do custo foi de R$ 59.510,80 em relação aos limites danormativa cancelada.

Palavras-chave: Compactação. Proctor. Ensaio ISC. Aterros Rodoviários.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 — Exemplo de Distribuição Granulométrica do Solo 20Figura 2 — Fronteiras dos Estados de Consistência 23Figura 3 — Representação Gráfica do Limite de Liquidez 23Figura 4 — Curva de Compactação 33Figura 5 — Curvas de compactação de diversos solos brasileiros 34Figura 6 — Curva de compactação de um solo com diferentes energias 36Figura 7 — Rolo Compactador Liso 38Figura 8 — Rolo Compactador Pneumático 39Figura 9 — Rolo Compactador Pé-de-Carneiro 39Figura 10 — Prensa Hidráulica para Ensaio ISC 43Figura 11 — Gráfico de Correção 45Figura 12 — Seção Esquemática Transversal de um Pavimento Rodoviário

Flexível 46Figura 13 — Ábaco para Dimensionamento da Espessura das Camadas 50Figura 14 — Preparação das Amostras 54Figura 15 — Determinação da Massa Específica das Amostras 55Figura 16 — Transferência do Copo de Dispersão ao Picnômetro 55Figura 17 — Pesagem do Picnômetro 56Figura 18 — Preparação da Amostra para Peneiramento Grosso 57Figura 19 — Amostra Imersa em Solução Defloculante 58Figura 20 — Análise Granulométrica por Sedimentação 58Figura 21 — Análise Granulométrica por Peneiramento Fino 59Figura 22 — Aparelho Casagrande 60Figura 23 — Ensaio Limite de Liquidez 60Figura 24 — Utilização do Aparelho Casagrande 61Figura 25 — Ensaio de Limite de Plasticidade 62Figura 26 — Ruptura do Solo no Limite de Plasticidade 62Figura 27 — Molde do Corpo de Prova Cilíndrico Grande 63Figura 28 — Homogeneização da Amostra 64Figura 29 — Compactação do Corpo de Prova 64Figura 30 — Extração e Destorroamento da Amostra 65Figura 31 — Molde CilÍndrico para CBR 66Figura 32 — Extensômetro Ensaio de Expansão 66Figura 33 — Imersão das Amostras para Ensaios de Expansão e CBR 67Figura 34 — Prensa Hidráulica 67Figura 35 — Amostras Deformadas após Ensaio ISC 68

84

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 36 — Seção Transversal da Terraplenagem Modelo 84Figura 37 — Compactação de Aterros a 100% Proctor Normal - Valores

Atualizados para 2019 89

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

LISTA DE FLUXOGRAMAS

Fluxograma 1 — Metodologia de Ensaio 53Fluxograma 2 — Classificação Sistema Unificado 71

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 — Curvas Granulométricas das Amostras 70Gráfico 2 — Curvas de Compactação - Solo Laranja (AM1) 73Gráfico 3 — Curvas de Compactação - Solo Preto (AM2) 73Gráfico 4 — Curvas de Compactação - Solo Vermelho (AM3) 74Gráfico 5 — Comparativo entre Curvas de Compactação 75Gráfico 6 — Comparativo entre Energias de Compactação 76Gráfico 7 — Índice de Suporte Califórnia Solo Laranja (AM1) 77Gráfico 8 — Índice de Suporte Califórnia Solo Preto (AM2) 78Gráfico 9 — Índice de Suporte Califórnia Solo Vermelho (AM3) 79Gráfico 10 — Comparativo entre Aumento do CBR 81

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 — Classificação dos Solos em Função de suas Dimensões 21Quadro 2 — Terminologia utilizada pelo SUCS 26Quadro 3 — Grupo de Solos na Classificação SUCS 26Quadro 4 — Sistema Unificado de Classificação dos Solos 28Quadro 5 — Classificação dos Solos TRB 30Quadro 6 — Interrelações entre Classificação TRB e Unificada 30Quadro 7 — Interrelações entre Classificação Unificada e TRB 31Quadro 8 — Especificações para Camadas do Pavimento Flexível - Manual de

Pavimentação 47Quadro 9 — Especificações para Camadas do Pavimento Flexível -

Normativas 47Quadro 10 — Granulometria para Base Granular - Porcentagem (%) Passante 48Quadro 11 — Coeficiente de Equivalência Estrutural 49Quadro 12 — Espessura Mínima de Revestimento Betuminoso 50Quadro 13 — Custos Unitários de Referência - SICRO 2012 85Quadro 14 — Custos Unitários de Referência - SICRO Abril 2019 86Quadro 15 — Analítico Compactação Proctor Normal 100% (2019) 87Quadro 16 — Analítico Compactação Proctor Intermediário 100% (2019) 87Quadro 17 — Analítico Compactação Proctor Normal 100% (2012) 88Quadro 18 — Analítico Compactação Proctor Normal 95% (2012) 88

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 — Índices de Atterberg típicos de alguns Solos Brasileiros 24Tabela 2 — Escala Granulométrica utilizada pelo SUCS 27Tabela 3 — Aplicação Variáveis no Cálculo do Índice de Grupo (IG) 29Tabela 4 — Energias de Compactação para Cilindro Pequeno 36Tabela 5 — Energias de Compactação para Cilindro Grande 36Tabela 6 — Atualização Normativa na Compactação de Aterros 41Tabela 7 — Tempos e deformações no ensaio ISC 44Tabela 8 — Valores de Pressão Padrão para Ensaio ISC 45Tabela 9 — Massa Específica dos Solos 69Tabela 10 — Granulometria do Material em Porcentagem 69Tabela 11 — Resultados Limites de Consistência 71Tabela 12 — Resultados Classificação TRB 72Tabela 13 — Umidades Ótimas e Massa Específica Máxima das Amostras 74Tabela 14 — Valores de Suporte do Solo (CBR) 80Tabela 15 — Expansibilidade das Amostras 81Tabela 16 — Relação entre Valores de Ensaio e Limites Normativos 83Tabela 17 — Volume do Aterro e Camada Final 86Tabela 18 — Custos Unitários de Referência - SICRO (Valores estimados para

2019) 90Tabela 19 — Custo do Aterro 90

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

DNIT Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes

SUCS Sistema Unificado de Classificação dos Solos

TRB Transportation Research Board (Classificação Rodoviária dos Solos)

CBR California Bearing Ratio (Indice de Suporte Califórnia)

ISC Índice de Suporte Califórnia

GC Grau de Compactação

DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (Atual DNIT)

LL Limite de Liquidez

LP Limite de Plasticidade

IP Índice de Plasticidade

AM1 Amostra de Solo 1 - Laranja

AM2 Amostra de Solo 2 - Preto

AM3 Amostra de Solo 3 - Vermelho

SICRO Sistema de Custos Referenciais de Obras

1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.6.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4.6.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 16JUSTIFICATIVA 17OBJETIVO GERAL 18OBJETIVOS ESPECÍFICOS 18REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 19SOLOS 19SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS 19Análise Granulométrica 20Limites de Atterberg 22CLASSIFICAÇÃO RODOVIÁRIA 25Sistema Unificado de Classificação dos Solos – SUCS 25Classificação Transportation Research Board - TRB 28COMPACTAÇÃO DOS SOLOS 31Curvas de Compactação 32Energias de Compactação 35Compactação em Campo 37Controle de Compactação 40Índice de Suporte California (ISC) 41Dimensionamento do Pavimento 45Estrutura do Pavimento 46Método de Dimensionamento do Pavimento Flexível - Método do DNER 47METODOLOGIA 52MATERIAIS E MÉTODOS 54COLETA E PREPARO DOS MATERIAIS 54 MASSA ESPECÍFICA DOS SOLOS 54ANÁLISE GRANULOMÉTRICA 56Peneiramento Grosso 56Sedimentação 57Peneiramento Fino 59LIMITES DE CONSISTÊNCIA 59Limite de Liquidez 59Limite de Plasticidade 61COMPACTAÇÃO DOS SOLOS 63ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (ISC) E EXPANSÃO 65APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS 69RESULTADOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS 69

69

5.1.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1.4.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1.4.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.4.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Massa Específica 69Granulometria 69Limites de Consistência 71Classificação do Solo 71Sistema SUCS 71Sistema TRB 72RESULTADOS DE COMPACTAÇÃO DOS SOLOS 72RESULTADOS ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA 77 Resultados de Expansão 81ANÁLISE DE CUSTOS 82Viabilidade Econômica 84CONCLUSÃO 91SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS 93REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 94ANEXO A — DIMENSÕES DOS SOQUETES E CILINDROS

PADRONIZADOS UTILIZADOS NA COMPACTAÇÃO, CONFORME ABNTNBR 7182/2016. 97

1 INTRODUÇÃO

O estudo de compactação dos solos é verificado em áreas abrangentes nocampo da Engenharia Civil. Geralmente, quando há transporte e aterro de solos,estes encontram-se em um estado poroso e pouco resistente tornando-seextremamente deformáveis. Neste sentido, os procedimentos de compactaçãoservem como uma forma de devolver e melhorar características essenciais de solosnaturais não trabalhados, beneficiando aspectos como resistência à compressão,cisalhamento e redução de vazios, o que resulta em um aumento do peso específicoe nos entrega um maciço mais homogêneo.

O início dos estudos sobre as técnicas de compactação é creditado a RalphProctor que, em 1933, fez suas primeiras considerações constatando que para umadeterminada energia de compactação aplicada em uma porção de solo, a massaespecífica resultante será em função da umidade que se encontra na amostra(PINTO, 2006). Neste caso, entende-se por energias de compactação um certonúmero de golpes de um soquete padronizado na amostra em laboratório ou aquantidade de passadas de um certo equipamento no campo. Dos trabalhos deProctor surge o Ensaio de Compactação popularmente conhecido como Ensaio deProctor, padronizado no Brasil pela Normativa NBR 7182/2016 – Ensaio deCompactação, com especificações dos métodos utilizados para determinação darelação entre o teor de umidade e a massa específica aparente seca dos solosquando compactados.

Para sua utilização no dimensionamento de obras em aterros rodoviários, ossolos devem preencher certos requisitos que caracterizem seu comportamentomecânico com o propósito de evitar possíveis instabilidades que podemcomprometer a vida útil tanto do aterro quanto do revestimento asfáltico. Estasestruturas vêm sendo dimensionadas através do método do Departamento Nacionalde Estradas de Rodagem (DNER, atual DNIT), que utiliza de dados obtidos da pistaexperimental da American Association of State Highway and Transportation Officials(AASHTO). Utilizando dados retirados de ensaios CBR (California Bearing Ratio),padronizado pela DNIT-ME 172/2016 que consiste na determinação da capacidadede suporte Califórnia do subleito correspondente ao valor de umidade ótima do soloe massa especifica máxima do maciço compactado, é possível caracterizar o solo aser utilizado para reforço do subleito, bases e sub-bases do pavimento. O valor doCBR é diretamente influenciado pelas características da compactação, como amassa especifica, teor de umidade e energia de compactação utilizada (ALMEIDA,2017).

A determinação da energia de compactação em laboratório se dá em função

16

da massa do soquete, altura de queda e número de golpes por camada, sendonormatizadas conforme DNIT 164/2013 e ABNT NBR 7182/2016. Atualmente, asenergias são padronizadas em três categorias: Proctor Normal, Intermediário eModificado, que diferem entre si pela variação do número de golpes do soquete porcamada, massa do soquete e altura de queda. Considerando os efeitos decompactação dos solos, a utilização de diferentes energias em um aterro rodoviárioinfluencia diretamente na massa específica, volume de vazios e permeabilidade nomaterial estudado, consequentemente trazendo consigo uma variação nos valoresde CBR do solo ensaiado, seja por ganho/perda de resistência e variação daumidade ótima. Na compactação em campo, Pinto (2006) afirma que há umacorrelação entre as energias definidas em laboratório e a energia aplicada peloequipamento a ser utilizado, através do peso do equipamento e do número depassadas com o maquinário sobre o solo.

Neste quesito, os estudos da utilização de diferentes energias decompactação tornam-se alternativas quando a energia padronizada for ineficientepara alcançar as características de compactação desejadas, tendo como alternativaspossíveis à redução destes problemas o acréscimo de energia no processo decompactação do solo, para materiais que não atingem as características geotécnicasnecessárias aos limites normativos.

1.1 JUSTIFICATIVA

Conforme Norma DNIT 108/2009-ES, a determinação do grau decompactação adotado deve ser definida utilizando-se dos valores de massaespecífica aparente seca de laboratório e da massa específica aparente “in situ”obtida no campo. Com a revisão da normativa DNER-ES 282/97 em 2009 (e suaposterior atualização), determinou-se a utilização de energia Proctor Normal para asporções referentes ao corpo dos aterros e Proctor Intermediário para as camadasfinais, com limite do grau de compactação GC ≥ 100%, valores que antes eramestipulados como GC ≥ 95% para corpo de aterro e GC ≥ 100% nas camadas finais,com a utilização de Proctor Normal nas duas camadas. O intuito deste estudo éanalisar o impacto que diferentes energias de compactação detêm sobre o solo,realizando um comparativo entre os limites estabelecidos pela normativa atualizadae antiga, bem como verificar o custo atrelado a estas mudanças.

17

1.2 OBJETIVO GERAL

Analisar as características do solo compactado com as diferentes energias decompactação, e verificar o impacto financeiro do incremento de energia nacompactação dos aterros sob a ótica do custo-benefício.

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar os ensaios de caracterização de amostras de solo analisado(determinação de massa específica e análise granulométrica)

Identificar a amostra do solo pela classificação rodoviária TRB eSUCS mediante ensaios dos Limites de Atterberg;

Avaliar os resultados de compactação do solo com aplicação dasdiferentes energias de compactação: Proctor Normal, Proctor Intermediário eProctor Modificado.

Verificar a interferência da utilização das diferentes energias em ensaiosgeotécnicos do solo, em particularidades como densidade, índice de suporteCalifórnia (ISC) e expansão;

Realizar uma análise de custos atrelados à atualização normativa doslimites de compactação mínimos em aterros rodoviários estipulados pelanormativa DNIT 108/2009 - ES;

Analisar os resultados quanto às normativas referentes aos limitesestabelecidos de pavimentação para camadas de sub-bases e bases.

18

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A fim de conceituar os temas abordados no estudo em questão, foidesenvolvido a seguir os pontos necessários à elaboração do tema de objeto deestudo em geotecnia desta monografia.

2.1 SOLOS

Entende-se por solo o sistema trifásico constituído pelo conjunto de partículascom ar e água, originados da decomposição das rochas pela ação do intemperismoque constituíam inicialmente a crosta terrestre. O processo de fragmentação deblocos de rocha na formação dos solos se dá pelas ações da água, congelamento evariações de temperatura que provocam trincas, desagregando o material eatacando quimicamente os minerais (CAPUTO, 2015).

Este ataque químico se dá pela oxidação, hidratação, carbonatação e osefeitos químicos da vegetação (CAPUTO, 2015). Com a ação do intemperismo, asrochas são reduzidas a pequenos fragmentos que ao longo do tempo dão origem aosolo propriamente dito constituinte da parte superficial da terra onde se constrói,geralmente diferenciados das rochas pela sua capacidade de fácil desagregaçãopela simples agitação em contato com a água. Normalmente o processo dedesintegração mecânica e decomposição química atuam simultaneamente,entretanto as condições climáticas em determinados locais podem afetar a ordem depredominância dos processos.

As características de determinado tipo de solo estão intimamente ligadas àsua formação e aos minerais envolvidos no processo, gerando as particularidadesde cada solo como o tamanho das partículas e composição química. Terzaghi, em1936, com seus estudos e ensaios apontou que as aplicações do solo na construçãocivil não devem seguir os mesmos procedimentos teóricos utilizados em materiaismais bem definidos (tais como concreto e aço) por conta de sua natureza maisheterogênea (PINTO, 2006). A diversidade nas características e propriedades dossolos é grande, sendo de fundamental importância um sistema de classificaçãoobtido a partir de dados físicos, químicos e mineralógicos do perfil que osrepresenta.

2.2 SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS

Para identificação dos solos deve-se levar em consideração as característicasdas partículas que o constituem, como o tamanho das partículas e índices de

19

consistência. A constituição do solo na construção civil determina o comportamentomecânico desse material, bem como seus índices de densidade máxima e umidadeótima, necessários à implantação de aterros, por exemplo. A classificação do solopode ser obtida com os resultados obtidos na Análise Granulométrica e nos ensaiosdos limites de Atterberg (PINTO, 2006).

2.2.1 Análise Granulométrica

Para o reconhecimento das características físicas do solo, como o tamanhodas partículas e a distribuição de grãos realiza-se o ensaio granulométrico domaterial. Os ensaios são normatizados no Brasil pela ABNT 7181/2016 e pelaDNER-ME 080/94, onde são definidos as propriedades e os procedimentos deensaio relativos aos materiais utilizados para fins de engenharia geotécnica defundações e obras de terra. Na análise granulométrica, a amostra de solo é divididaem frações que recebem designações próprias, conhecidas como a distribuiçãogranulométrica do solo (figura 1). Segundo Caputo (2015), a curva granulométrica étraçada por pontos em um diagrama semi-logarítmico, onde no eixo das abscissasdeve ser marcado as dimensões das partículas e no eixo das ordenadas asporcentagens relativas ao material que tem dimensão média menor que a dimensãoconsiderada.

Figura 1 - Exemplo de Distribuição Granulométrica do Solo

Fonte: Pinto (2006, p. 21)

Conforme a figura 1, a partir dos valores obtidos de distribuição

20

granulométrica é possível classificar o solo de acordo com diâmetro de suaspartículas e suas peculiaridades, dentre os limites estabelecidos pela ABNT NBR6502/95, conforme evidenciado no quadro 1:

Quadro 1 - Classificação dos Solos em Função de suas Dimensões

Fonte: Adaptado de ABNT NBR 6502/95 - Rochas e Solos

O ensaio granulométrico é prescrito conforme ABNT NBR 7181:2016, a qualdescreve os procedimentos necessários à elaboração da curva granulométrica daamostra ensaiada. O ensaio prescreve uma análise granulométrica conjunta, ouseja, através de peneiramento e sedimentação. O peneiramento pode sersubdividido em grosso e fino, de acordo com o material passante na abertura daspeneiras padronizadas da série Tyler (50 mm a 2 mm para peneiramento grosso e1,2 mm a 0,075 mm para o peneiramento fino). Já para partículas com dimensõesmenores que 0,075 mm, faz-se necessária a utilização do método de sedimentaçãocontínua em meio líquido, baseada na Lei de Stokes (PINTO, 2006).

Segundo Pinto (2006), o princípio da Lei de Stokes se dá onde a velocidadede queda de partículas esféricas em um fluido atinge um valor limite que depende dopeso específico do material da esfera (γ

21

s), do peso específico (γw) e viscosidade do fluído (μ) e do diâmetro da esfera (D),conforme a equação 2.1:

Código 1 -


Ao colocar-se uma porção do solo, as partículas cairão com velocidadesproporcionais ao quadrado de seus diâmetros. A lei de Stokes fornece, assim, odiâmetro equivalente da partícula a ser analisada.

2.2.2 Limites de Atterberg

Diferentemente de solos arenosos que se comportam de forma semelhanteem curvas granulométricas e são, portanto, perfeitamente identificáveis, os solosfinos nem sempre operam da mesma maneira devido a propriedades distintas, comoforma das partículas, teor de umidade e composição química e mineralógica. ParaVargas (1977), consideram-se solos finos aqueles que detém maioria dos grãos comdimensões menores que 0,1 mm, ou seja, o conhecimento de sua curvagranulométrica não é suficiente para compreender seu comportamento prático.Neste quesito, são utilizados os Limites de Atterberg como forma a definir os limitesde consistência do solo.

Entende-se por consistência o grau de ligação entre as partículasconstituintes de um elemento que, quando aplicada a solos finos ou coesivos, estádiretamente ligada ao teor de umidade do solo. Quando trata-se de argilas, porexemplo, tem-se como uma de suas características representativas a plasticidade,que consiste na maior ou menor capacidade de ser moldado sem alteração em seuvolume, sob certas condições de umidade (CAPUTO, 2015), isto porque a formalamelar dos grãos de argila permite um deslocamento maior de suas partículas.

Caputo (2015) ainda afirma que quando temos um solo argiloso com umidadeelevada, confere-se a ele um estado líquido, com características de um materialviscoso como a lama. Ao perder parte desta umidade, o solo adquire característicasmoldáveis, sem perder sua forma e passando a um estado plástico. Ao continuar aperda de água, o solo perde suas características plásticas e se torna quebradiçopassando a um estado semi-sólido, até chegar ao estado sólido sem a presença deágua.

22

O processo pode ser exemplificado conforme a esquemática apresentada nafigura 2.

Figura 2 - Fronteiras dos Estados de Consistência

Fonte: Caputo (2015, p. 57)

Aos pontos entre os estados denominam-se Limites de Consistência, que sedividem em três:

Limite de Liquidez (LL) – Caracteriza-se por ser o valor da umidade onde osolo passa de um estado liquido para o estado plástico. No Brasil, adeterminação do limite de liquidez de um solo é normatizada pela ABNT NBR6459/2016 e norma DNER ME 122/94, onde estão expostos osprocedimentos de ensaio com amostras de solo. Segundo Vargas (1977),para o desenvolvimento do ensaio, Atterberg baseou-se no fato que ummaterial fluido toma a forma do ambiente que o contém. Arthur Casagrandeaprimorou a ideia promovida por Atterberg e criou o aparelho Casagrande,amplamente utilizado na realização do ensaio, que consiste na aplicação deum determinado número de golpes em um recipiente de cobre com a amostrade solo, onde através de uma ranhura define-se a quantidade de golpesnecessária para unir o sulco feito na amostra. Na reprodução do ensaio comdiferentes teores de umidade, é possível construir um gráfico com o eixo dasordenadas representando os teores de umidade e o eixo das abscissas onúmero de golpes aplicados, como apresentado na figura 3.

Figura 3 - Representação Gráfica do Limite de Liquidez


23

(continua)

Os valores são adicionados ao gráfico semi-logarítmico conforme disposto nafigura 3, e os pontos correspondentes são dispostos em linha reta. Convencionou-seentão, no ensaio Casagrande, que o limite de liquidez seria o valor de umidadecorrespondente a 25 golpes no eixo das ordenadas, índice denominado de h1.

Limite de Plasticidade (LP) – É valor no qual o solo passa do estadoplástico para o estado semi-sólido, ou seja, é a porcentagem de umidade paraqual o solo começa a fraturar na tentativa de moldagem. O ensaio épadronizado conforme ABNT NBR 7180/2016 e normativa DNER ME 082/94,e consiste na moldagem manual de um cilindro de aproximadamente 3 mm dediâmetro e cerca de 10 cm de comprimento. Conforme explica Vargas (1977) ,ao rolar a amostra em uma superfície horizontal padronizada (normalmenteutilizando-se um vidro fosco), atingindo as dimensões apropriadas, há umaperda de água no processo e a amostra começa a partir-se, momento estecomo sendo caracterizado o valor de umidade h2. Segundo Caputo (2015),ainda não foi possível mecanizar satisfatoriamente o processo do ensaio.

Limite de Contração (LC) – É o estado de transição do solo semi-sólidopara um solo sólido, ou seja, é o máximo teor de umidade a partir do qualuma redução desta umidade não resulta em uma diminuição de volume dosolo. Ao que se trata da Geotecnia, sua utilização é menor em comparaçãoaos limites de Liquidez e Plasticidade (CAPUTO, 2015).

Para Caputo (2015), o índice de plasticidade (IP) indica a faixa de valores emque o solo se apresenta plástico, e se dá pela diferença entre o Limite de Liquidez eo limite de Plasticidade. Para argilas, têm-se valores máximos diferentemente docomportamento das areias, que por serem caracterizadas como solos não plásticosdetém valor nulo. Assim, quanto maior o IP, mais plástico será o solo. Os estudos de Pinto (2006) mostram alguns resultados típicos de solos brasileiros, conformeapresentado na tabela 1.

Tabela 1 - Índices de Atterberg típicos de alguns Solos Brasileiros

Solos LL % LP %

Residuais de Arenito (Arenosos Finos) 29-44 11-20

Residual de Gnaisse 45-55 20-25

Residual de Basalto 45-70 20-30

Residual de Granito 45-55 14-18

Argilas Orgânicas de Várzeas Quaternárias 70 30

24

(conclusão)Tabela 1 - Índices de Atterberg típicos de alguns Solos Brasileiros

Solos LL % LP %

Argilas Orgânicas de Baixadas Litorâneas 120 80

Argila Porosa Vermelha de São Paulo 65-85 25-40

Argilas Variegadas de São Paulo 40-80 15-45

Areias Argilosas Variegadas de São Paulo 20-40 5-15

Argilas Duras, Cinzas, de São Paulo 64 42Fonte: Adaptado de Pinto (2006, p. 26)

2.3 CLASSIFICAÇÃO RODOVIÁRIA

O solo sendo um material que ocorre na natureza com uma gama ampla decaracterísticas, deve ter sua caracterização padronizada de forma a agrupar aspropriedades que dizem respeito a sua utilização na construção civil em obras defundação. Deste modo, foram desenvolvidos diferentes sistemas de classificação,cada um com uma adequação diferente ao tipo de utilização ou a métodos deprojeto de determinado solo. De acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT(2006), a classificação brasileira de solos se dá principalmente através do SistemaUnificado de Classificação dos Solos (SUCS) e do sistema do Highway ResearchBoard (HRB), adotado pela AASHTO.

2.3.1 Sistema Unificado de Classificação dos Solos – SUCS

Conforme o manual de Pavimentação do DNIT (2006), o sistema SUCS foiproposto inicialmente pelo professor Arthur Casagrande para utilização emaeroportos no início da década de 40, sendo posteriormente adaptado para uso emlaboratório e em campo pelas agências Bureau of Reclamation e U.S. Corps ofEngenneers e publicado em 1953 pelo Waterways Experiment Station (DNIT, 2006).O sistema baseia-se na identificação dos solos de acordo com sua granulometria,textura e plasticidade. A vantagem no emprego do Sistema Unificado está naadoção de uma simbologia que diz respeito à natureza do solo, sua identificação emcampo e no valor prático que a classificação proporciona a vários ramos daengenharia de solos. Em linhas gerais, no Sistema Unificado os solos sãocategorizados em 3 grandes áreas: Solos de granulometria grossa, solos degranulometria fina e solos altamente orgânicos.

Na Terminologia, o sistema classifica o solo como pedras, cascalho oupedregulho (gravel), areia (sand), silte (silt) e argila (clay). Na simbologia, os solos

25

(continua)

são categorizados em grupos que definem os tipos individuais dos solossimbolizados por letras, como mostrados no quadro 2 e quadro 3. A escalagranulométrica utilizada pelo SUCS pode ser verificada na tabela 2.

Quadro 2 - Terminologia utilizada pelo SUCS

Símbolos Inglês Português

G Gravel Cascalho (pedregulho)

S Sand Areia

C Clay Argila

M Mo Mó ou limo (Areia fina); Silte

O Organic Solo orgânico

W Well graded Bem graduado

P Poor graded Mal graduado

F Fines Finos (passante peneira nº 200)

L Low liquid limit LL baixo

H High liquid limit LL alto

Pt Peat TurfaFonte: Manual de Pavimentação - Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes (2006, p.62)

Quadro 3 - Grupo de Solos na Classificação SUCS

Simbologia de Grupos

Conceito

GW Cascalho bem graduado, cascalho e areia sem muitos finos

GP Cascalho mal graduado, cascalho e areia sem muitos finos

GM Cascalho siltoso com areia

GC Cascalho argiloso com areia

SW Areia bem graduada, com cascalho e sem muitos finos

SP Areia mal graduada, com cascalho e sem muitos finos

SM Areia siltosa, mistura de areia e silte ou limo

SC Areia argilosa, mistura de areia e argila

ML Material siltoso e areias muito finas, pó de pedra, areias finas siltosas ou argilosas, ou siltes argilosos com baixa plasticidade

CL Argilas magras, argilas de plasticidade baixa ou média, argilas com cascalho, areia ou silte

OL Siltes orgânicos, argilosos ou não, com baixa plasticidade

MH Siltes, limos, areias finas micáceas ou diatomáceas, solos siltosos, siltes elásticos

CH Argilas gordas, de plasticidade média ou alta

26

(conclusão)Quadro 3 - Grupo de Solos na Classificação SUCS

Simbologia de Grupos

Conceito

OH Argilas orgânicas de plasticidade média ou alta, siltes orgânicos

Pt Turfa e outros solos altamente orgânicosFonte: Manual de Pavimentação - Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes (2006, p.63)

Tabela 2 - Escala Granulométrica utilizada pelo SUCS

Definição Granulometria

Pedras Acima de 3 polegadas (76 mm)

Cascalho Grosso Entre 3’’ e ¾’’ (76 e 19 mm)

Cascalho Fino Entre ¾’’ e a peneira nº 4 (19 e 4,76 mm)

Areia Grossa Entre as peneiras nº 4 e 10 (4,76 e 2,0 mm)

Areia Média Entre as peneiras nº 10 e 40 (2,0 e 0,43 mm)

Areia fina (limo ou mó) Entre as peneiras nº 40 e 200 (0,42 e 0,075 mm)

Finos (Silte e Argila) Passante na peneira nº 200 (menor que 0,075 mm)Fonte: Manual de Pavimentação - Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes (2006, p.62)

Em termos de categorias dos solos, Caputo (2015) afirma que aqueles solosdos quais 50% de suas partículas ficam retidos na peneira de nº 200 devem serconsiderados solos de granulação grossa, solos esses compostos por cascalhos (G)e areias (S). São considerados cascalhos aqueles solos onde a maior parte dafração retida na peneira nº 200 também é retida na peneira de nº4, e areias quandoa maior parte ficar retida na peneira de nº 200. Do contrário, com maioria absolutados grãos passante na peneira nº 200, são considerados de granulometria fina,subdivididos em baixa compressibilidade (LL < 50) e alta compressibilidade (LL >50), podendo ainda ser divididos em solos siltosos ou argilosos. Em geral, os soloscom grande quantidade de matéria orgânica são identificados visualmente comfacilidade. Em síntese, o quadro 4 resume o sistema de classificação unificado, ondeverificam-se os prefixos correspondentes aos grupos gerais, e os sufixos aossubgrupos.

27

Quadro 4 - Sistema Unificado de Classificação dos Solos

Fonte: Manual de Pavimentação - Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes (2006, p.59)

2.3.2 Classificação Transportation Research Board - TRB

Denominado anteriormente de Highway Research Board (HRB), é um sistemamuito utilizado na engenharia rodoviária, onde os solos são reunidos em grupos esubgrupos, em função de sua granulometria, limites de consistência e índice degrupo (IG). Neste método, conforme explica Pinto (2006) e assim como o sistemaunificado, a classificação se inicia também pela constatação da porcentagem dematerial passante na peneira de nº 200, entretanto a distinção no método está naporcentagem retida e passante nas peneiras. No TRB, para um solo ser classificadocomo granulação grossa, deve ser aquele em que o material passante na peneira denº 200 seja menor que 35%, diferentemente dos 50% designados no método SUCS.Os solos considerados finos são aqueles que a porcentagem passante na peneirade 0,075 mm ultrapassa os 35%. Os solos granulares são aqueles correspondentesaos grupos A-1, A-2 e A-3, considerados solos com características boas de suportepara utilização em subleito, já os solos considerados finos são aqueles que formamos grupos A-4, A-5, A-6 e A-7, com qualidade inferior para utilização no suporte.Alguns grupos ainda podem ser divididos em subgrupos, em função de valoresrelacionados a granulometria ou índice de plasticidade. Caputo (2015) afirma que oíndice de grupo (IG) é o definidor da capacidade de suporte do terreno de fundaçãode um pavimento, um valor que varia de 0 a 20. Seus extremos (IG = 0) representamsolos com ótima capacidade de apoio e (IG = 20) representam solos péssimos, que

28

devem ser evitados. O índice de grupo, conforme explica Vargas (1977) , é calculadoatravés da equação 2.2:

Código 2 -

Fonte: Vargas (1977, p. 78)

Onde p equivale ao teor de silte + argila do solo, ou seja, a porcentagempassante na peneira Tyler Nº 200. Para aplicação na equação, temos os valores dasvariáveis são apresentados na tabela 3.

Tabela 3 - Aplicação Variáveis no Cálculo do Índice de Grupo (IG)

Variáveis Condição

a = p – 35 se p > 75%, adota-se 75 e se p < 35%, adota-se 35

b = p – 15 se p > 55%, adota-se 55 e se p < 15%, adota-se 15

c = LL – 40 se LL > 60%, adota-se 60 e se LL < 40%, adota-se 40

d = IP – 10 se IP >30, adota-se 30 e se IP < 10, adota-se 10Fonte: Adaptado de Vargas (1977, p. 78)

Os valores de a e b devem variar de 0 a 40 e, os de c e d, de 0 a 20. Oresultado de IG deve ser um número inteiro, com aproximação para o inteiroimediatamente superior.

No quadro 5, é demonstrado o esquema utilizado para classificação dos

solos. O processo de escolha deve ser feito por eliminação, da esquerda paradireita, onde o primeiro grupo com o qual os valores dos ensaios coincidirem, deveser adotado.

29

(continua)

Quadro 5 - Classificação dos Solos TRB


De acordo com o DNIT (2006), a classificação unificada dos solos (SUCS) émais apropriada a uma caracterização com finalidade geral dos solos e no estudo dageotecnia em barragens de terra, conforme afirma Pinto (2006). Já a classificaçãoTRB é mais voltada à avaliação da capacidade de suporte destes materiais, sendoprincipalmente utilizada em sistemas de aterros rodoviários. Nos quadros 6 e quadro7 são mostrados possíveis paralelismos entre a classificação TRB e SUCS.

Quadro 6 - Interrelações entre Classificação TRB e Unificada

Classificação TRB Mais provável SUCS Possível SUCS Possível, mas improvável SUCS

A-1-a GW – GP SW – SP GM – SM

A-1-b SW – SP – GM – SM GP -

A-3 SP - SW – GP

A-2-4 GM – SM GC – SC GW – GP – SW – SP

A-2-5 GM – SM - GW – GP – SW – SP

A-2-6 GC – SC GM – SM GW – GP – SW – SP

30

(conclusão)Quadro 6 - Interrelações entre Classificação TRB e Unificada

Classificação TRB Mais provável SUCS Possível SUCS Possível, mas improvável SUCS

A-2-7 GM – GC – SM – SC - GW – GP – SW – SP

A-4 ML – OL CL – SM – SC GM – GC

A-5 OH – MH – ML – OL - SM – GM

A-6 CL ML – OL – SC GC – SM – GC - SC

A-7-5 OH – MH ML – OL – CH GM – SM – GC - SC

A-7-6 CH – CL ML – OL – SC OH – MH – GC – GM - SMFonte: Adaptado de Manual de Pavimentação - Departamento Nacional de Infra-Estrutura deTransportes (2006, p. 74)

Quadro 7 - Interrelações entre Classificação Unificada e TRB

SUCS Mais provável TRB Possível TRB Possível, mas improvável TRB

GW A-1-a A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7

GP A-1-a A-1-b A-3, A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7

GM A-1-b, A-2-4, A-2-5, A-2-7 A-2-6 A-4, A-5, A-6, A-7, A-7-6, A-1-a

GC A-2-6, A-2 A-2-4, A-6 A-4, A-7-6, A-7-5

SW A-1-b A-1-a A-3, A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7

SP A-3, A-1-b A-1-a A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7

SM A-1-b, A-2-4, A-2-5, A-2-7 A-2-6, A-4, A-5 A-6, A-7-5, A-7-6, A-1-a

SC A-2-6, A-2-7 A-2-4, A-6, A-4, A-7-6 A-7-5

ML A-4, A-5 A-6, A-7-5 -

CL A-6, A-7-6 A-6, A-7-5, A-4 -

OL A-4, A-5 A-6, A-7-5, A-7-6 -

CH A-7-6 A-7-5 -

OH A-7-5, A-5 - A-7-6

PT - - -Fonte: Adaptado de Manual de Pavimentação - Departamento Nacional de Infra-Estrutura deTransportes (2006, p. 74)

2.4 COMPACTAÇÃO DOS SOLOS

A técnica de compactação dos solos é relativamente recente no estudo dageotecnia. Conforme explica Vargas (1977), o processo de concepção dos aterrosera realizado simplesmente lançando-se o material no local desejado, o que levavaos aterros a precisarem de um certo período de consolidação para serem utilizadoscom segurança, a depender do clima e topografia da região. O resultado eram

31

aterros com grande porosidade, uma compressibilidade exagerada devido à grandequantidade de vazios entre as camadas e consequentemente a instabilidade domaciço, com a possibilidade de perda de toda sua resistência.

A compactação dos solos utilizados em aterros surgiu de modo a reduzir operíodo necessário à consolidação do solo, através de técnicas manuais oumecânicas. O objetivo, segundo Craig e Knappett (2014), é aumentar a massaespecífica do solo, agrupando as partículas por meio de uma redução no volume dear, sem uma mudança significativa no volume de água no solo, aumentando suaresistência e consequentemente sua estabilidade. A massa específica seca de umdeterminado solo depois da compactação depende do teor de umidade e da energiafornecida pelo equipamento de compactação, e pode ser comprovada a partir daequação 2.3, onde (ρd) equivale à massa específica seca, (ρ) a massa específicaaparente do solo e (w) o teor de umidade. Craig e Knappett (2014) ainda afirmamque, em geral, quanto maior o grau de compactação, maior a resistência aocisalhamento e menor a compressibilidade do solo.

Código 3 -

Fonte: Craig e Knappett (2014)

2.4.1 Curvas de Compactação

Os primeiros estudos do fenômeno da compactação são creditados aoengenheiro Ralph R. Proctor que, em 1933, realizou uma série de ensaios quediziam respeito ao teor de umidade do material. Proctor compactava amostras emum recipiente cilíndrico metálico, as retirava e pesava o conteúdo. Em seguida,destorroava o material e repetia o processo com a mesma metodologia, dessa vezadicionando água de forma a obter um teor de umidade diferente para cadarepetição de processo (BARATA, 1984). Proctor verificou que conforme o materialadquiria diferentes teores de umidade, reagia diferentemente aos ensaios decompactação, havendo uma variação em seus valores de densidade. Proctor obteveassim as chamadas curvas de compactação, exemplificada na figura 4.

32

Figura 4 - Curva de Compactação


Caputo (2015) afirma que as curvas de compactação diferem para cada tipode solo, porém ainda se assemelham quanto a sua forma parabólica. Ocomportamento do solo, conforme figura 4, pode ser interpretado como na medidaque os teores de umidade (h) aumentam (ramo ascendente), tem-se valores maioresde massa específica (γs) até alcançar um ponto de máximo conhecido como teor deumidade ótima (hot), para qual tem-se um valor máximo de massa específicaaparente seca (γs máx). A partir deste ponto, o processo já perde sua eficiênciaporque a compactação não consegue mais expulsar o ar dos vazios, devido aosgrãos já estarem saturados de água (VARGAS, 1977).

A espessura do filme de água que envolve o grão neste ponto cresce àmedida que se aumenta a umidade, o que diminui o valor da densidade aparente(ramo descendente da curva). Observa-se que o ramo descendente da curva correao longo da curva de saturação (Var = 0), correspondente a um solo 100% saturadosem vazios. Entretanto, Caputo (2015) afirma que não é possível expulsar todo o arexistente em um solo e deste modo uma curva de compactação nunca poderáalcançar uma curva de saturação 100%.

Pinto (2006) apresenta resultados das curvas de compactação de diversossolos brasileiros na figura 5, valores que são meramente indicativos da ordem de

33

grandeza, pois ainda assim costuma-se haver muita diferença em amostras demesma procedência. Pode-se observar na figura 5 que os ramos ascendentes desolos lateríticos costumam ser mais íngremes se comparados aos solos residuais,sendo inclusive uma característica empregada na identificação do solo.

Figura 5 - Curvas de compactação de diversos solos brasileiros


Segundo Pinto (2006), os pontos ótimos de umidade de uma curva decompactação situam-se em torno de 80 a 90% de saturação. As curvas de saturaçãocorrespondem ao local geométrico onde estão localizados os valores de umidade edensidade seca. Craig e Knappett (2014) afirmam que essas curvas permitem queseja determinada para um valor de umidade ótima e densidade máxima, aquantidade de ar incorporado em qualquer ponto da curva experimental. A normativaABNT NBR 7182/2016 relativa aos ensaios de compactação recomenda que ascurvas de saturação sejam determinadas conforme a equação 2.4.

34

Código 4 -

Fonte: ABNT NBR 7182/2016 Solo - Ensaio de Compactação

onde as variáveis são obtidas por:ρd é a massa específica aparente seca (g/cm³);S é o grau de saturação (S = 100%);W é o teor de umidade, arbitrado na faixa de interesse (%);ρW é a massa específica da água (considera-se igual a 1 g/cm³);ρS é a massa específica dos grãos do solo (g/cm³) obtida conforme NBR

6458.

2.4.2 Energias de Compactação

Como já apresentado, a compactação dos solos é um processo que visamelhorar as propriedades do solo através da redução de seus vazios aplicandopressão, impacto ou vibração. Contudo, Craig e Knappett (2014) afirmam que amassa específica de um solo compactado depende tanto da sua umidade nomomento da compactação quanto da energia fornecida pelo equipamento,denominados esforços de compactação ou energias de compactação. Barata(1984) ainda diz que, em um mesmo método, o solo compactado com energiasdiferentes ainda adquire densidades diferentes: quanto maior a energia, maior adensidade.

A padronização brasileira dos ensaios de compactação em laboratório édefinida pelas normativas DNIT 164/2013 e ABNT NBR 7182/2016, que estipulam ométodo de ensaio para três energias padronizadas: Normal, Intermediária eModificada. A utilização de determinadas energias de compactação difere-se entre sicom relação ao peso do soquete, à altura de queda e o número de golpes, conformeapresentado nas tabelas 4 e 5. Pinto (2006) afirma que os valores de densidadeseca máxima e umidade ótima em um mesmo solo dependem diretamente daenergia aplicada na compactação, concluindo que uma maior energia decompactação conduz a uma maior densidade seca máxima e uma menor umidadeótima, gerando um deslocamento da curva para a esquerda e para o alto comoexemplificado na figura 6. Na figura em questão ainda é possível visualizar a linhade máximas, que é o lugar geométrico dos vértices das curvas obtidas com os

35

diferentes esforços de compactação, separando os chamados ramos secos e ramosúmidos da curva de compactação.

Tabela 4 - Energias de Compactação para Cilindro Pequeno

Características Inerentes a cada energia de compactação

Energia Normal

Energia Intermediária

Energia Modificada

Soquete Pequeno Grande Grande

Número de camadas 3 3 5

Número de golpes por camada 26 21 27Fonte: Adaptado de ABNT NBR 7182/2016 Solo - Ensaio de Compactação

O cilindro pequeno só deve ser utilizado quando a amostra passaintegralmente na peneira de 4,8 mm.

Tabela 5 - Energias de Compactação para Cilindro Grande

Características Inerentes a cada energia de compactação

Energia Normal

Energia Intermediária

Energia Modificada

Soquete Grande Grande Grande

Número de camadas 5 5 5

Número de golpes por camada 12 26 55

Altura do disco espaçador (mm) 63,5 63,5 63,5Fonte: Adaptado de ABNT NBR 7182/2016 Solo - Ensaio de Compactação

Figura 6 - Curva de compactação de um solo com diferentes energias


36

A normativa ABNT NBR 7182/2016 define as especificações dos Cilindros eSoquetes utilizados nos ensaios de compactação para as diferentes energias,podendo ser consultado no Anexo A. Para o traçado das curvas de compactação, éconveniente que sejam determinados ao menos 5 pontos, sendo dois deles na zonaseca (ramo ascendente), um próximo a umidade ótima e os outros dois na zonaúmida, equivalente ao ramo descendente da curva (CAPUTO, 2015). Pinto (2006)ainda define que a energia de compactação (EC) é dada conforme a equação 2.5.

Código 5 -


onde as variáveis são:EC é a Energia de Compactação (Kgf/cm³);M é a Massa do Soquete (Kgf);H é a altura de queda do Soquete (cm);Ng é o número de golpes por camada;Nc é o número de camadas;V é o volume do Cilindro (cm³).

2.4.3 Compactação em Campo

Os resultados de compactação em laboratório não necessariamente serão osmesmos obtidos em campo. Isso ocorre porque a aplicação da energia emlaboratório é diferente da aparelhagem utilizada na aplicação em campo, onde acompressão do solo é realizada através de rolos compressores.

O manual de pavimentação do DNIT (2006) define que a energia decompactação no campo será o produto da força exercida na barra de tração pelocaminho percorrido dividido pelo volume de solo compactado. Neste caso, é comumse considerar que a energia de compactação para um dado equipamento édiretamente proporcional ao número de passadas e inversamente proporcional àespessura da camada compactada.

Caputo (2015) afirma que, na prática, há um certo número de passadas alémdo qual é inútil prosseguir-se na compactação, de aproximadamente 10 passadas.Entretanto, verifica-se em bibliografias como Craig e Knappett (2014) que estenúmero está dentro de um intervalo entre 3 e 12. Em geral, quanto mais espessa a

37

camada, mais pesado deve ser o equipamento utilizado para obter o grau decompactação desejado.

Como explica Vargas (1977), a compactação em campo é realizada peloefeito dos seguintes esforços: Pressão, Impacto e Vibração; ou pela combinação dedois ou todos os processos. A utilização de determinado tipo de aparelho estáintimamente relacionada com o tipo de solo a ser compactado, sendo apresentadosabaixo os equipamentos mais utilizados e suas características, de acordo com Craige Knappett (2014).

Rolo Liso - São indicados para solos arenosos, pedregulhos e pedrabritada, lançados em camadas de não mais de 15 cm. Consiste em um rolooco de aço, cuja massa pode ser aumentada por lastros de água ou areia.Sua utilização em solos moles não é indicada, pois afundam demasiadamentee dificultam a tração do conjunto. É produzida uma superfície lisa na camadacompactada, criando um aterro laminado. Os rolos podem ser rebocados ouautopropulsados, porém têm-se como desvantagem a superfície de contatodo rolo, que resulta em uma superfície de ligação fraca entre as camadassucessivas, conforme figura 7.

Figura 7 - Rolo Compactador Liso


Rolo Pneumático – é indicado a uma grande variedade de solos finos egrossos, porém não deve ser utilizado em um material de graduaçãouniforme. No caso dos rolos pneumáticos, pode-se obter maior energia decompactação aumentando-se a pressão dos pneus. As rodas são colocadasbem próximas entre si em dois eixos, com o conjunto traseiro se sobrepondoàs linhas do dianteiro para assegurar cobertura completa da superfície dosolo. Os pneus são relativamente largos, com uma banda lisa e plana paraque o solo não seja deslocado para os lados. Os rolos pneumáticostransmitem ao solo uma ação de amassamento, podendo compactarprofundidades relativamente grandes (30 a 50 cm). A superfície acabada érelativamente lisa, sendo necessária uma escarificação entre as camadas se

38

for essencial uma boa ligação entre elas, exemplificado na figura 8.

Figura 8 - Rolo Compactador Pneumático


Rolos Pé de Carneiro – Sua aplicação é adaptável a quase todo tipo deterreno. Adequados a solos finos (tanto plásticos quanto não plásticos), emespecial a solos com a umidade mais seca que a ótima. Adaptáveis também asolos grossos, com mais de 20% de finos. Nas argilas, a ação das patasquebra os torrões de material duro, melhorando sua homogeneidade.Consiste em tambores de aço com inúmeras patas afuniladas se projetandode sua superfície. Em consequência da penetração das patas no solo, éproduzida uma excelente ligação entre as camadas sucessivas, comomostrado na figura 9.

Figura 9 - Rolo Compactador Pé-de-Carneiro


39

2.4.4 Controle de Compactação

A compactação em campo deve tomar alguns cuidados práticos em relaçãoaos procedimentos utilizados na formação do aterro, conforme afirma Vargas (1977).Segundo o autor, o método mais imediato de controle de compactação é baseadonas seguintes observações em campo:

a. O lançamento das camadas não deve ter espessuras superiores a 30 cm,incluindo-se nesse valor a parte superficial fofa da camada anterior (2 a 5 cm),com um controle rigoroso da espessura; b. As camadas, depois de compactadas, não devem ter espessura médiasuperior a 20 cm, sendo a medida média calculada por nivelamentossucessivos, como por exemplo a cada 10 camadas compactadas;c. A umidade deve ser mantida próximo a umidade ótima, com uma tolerânciamáxima de ± 2%. A correção deve ser feita por secagem do soloacompanhada de aeração por meio de arados ou caso contrário, aumentar aumidade por meio de caminhões e irrigação;d. As camadas devem ser homogeneizadas tanto em relação a sua umidadequanto a seu material, através da utilização de escarificadores e arados dedisco;e. A passagem do compressor pé de carneiro deve ser feita até que não sejamais possível imprimar suas patas no solo com profundidade superior a 5 cm.

Para comprovar se a compactação foi realizada devidamente, o Manual dePavimentação do DNIT (2006) propõe que deve-se determinar sistematicamente aumidade e a massa específica aparente do material. Para isso, a bibliografia propõeo cálculo do Grau de Compactação (GC) do solo, que pode ser obtido peloquociente resultante da divisão da massa específica obtida no campo (γs), pelamassa específica máxima obtida em laboratório (γs,max) conforme equação 2.6.

Código 6 -


O grau de compactação deve ser definido de acordo com a especificação

40

adotada e, não sendo atingido o valor estipulado à compactação, o material deve serrevolvido e recompactado.

Na normatização brasileira, a norma vigente que define o controle decompactação em aterros é a DNIT 108/2009 – ES, que estipula um grau decompactação GC ≥ 100% para o corpo de aterro e as camadas finais. A vigênciaatual substitui a normativa DNER-ES 282/97, que estipulava valores de GC ≥ 95%para corpo de aterro e GC ≥ 100% para as camadas finais, como mostrado na tabela6.

Tabela 6 - Atualização Normativa na Compactação de Aterros

Fonte: Adaptado de DNIT 108/2009-ES e DNIT-ES 282/97

Observa-se que a atualização normativa também traz diferenças nas energiasde compactação utilizadas, com a utilização de Proctor Intermediário nas camadasfinais do aterro. Craig e Knappett (2014) afirmam que quanto maior o grau decompactação de um aterro, maior será sua resistência ao cisalhamento e menor acompressibilidade do solo. Entende-se por corpo de aterro a camada situada sobre oterreno natural até 0,60 m abaixo da cota correspondente ao greide deterraplenagem. Já as camadas finais podem ser definidas como sendo a parte doaterro constituída de material selecionado com 0,60 m de espessura, situada acimado corpo de aterro cuja superfície é definida pelo greide de terraplenagem.

2.4.5 Índice de Suporte California (ISC)

Conforme afirma Caputo (2015), o ensaio do índice de suporte californiano foidesenvolvido com base no método de dimensionamento de pavimentos flexíveis,proposto por Porter em 1929. Popularmente conhecido por ensaio CBR (CaliforniaBearing Ratio, em tradução original), é um método com grande utilização na árearodoviária, sendo um dos parâmetros de projeto mais utilizado no dimensionamentode pavimentos.

O manual de Pavimentação do DNIT (2006), define o ensaio como sendo

41

responsável na determinação da relação entre a pressão necessária para produziruma penetração de um pistão em um corpo de prova de solo, em comparação com apressão necessária para produzir a mesma penetração em uma brita padronizada,com as especificações de ensaio normatizadas pela DNIT 172/2016 ME -Determinação do Índice de Suporte Califórnia utilizando amostras não trabalhadas epela ABNT 9895/2016 – Índice de Suporte Califórnia (ISC) Método de Ensaio. Oensaio permite, também, obter um índice de expansão do solo durante o período desaturação por imersão do corpo-de-prova.

O ensaio consiste na moldagem de corpos de prova em um molde cilíndricopadronizado, de forma a obter-se uma amostra compactada de aproximadamente12,5 cm após a compactação. A compactação deve ser realizada em 5 camadas,onde cada camada deve receber 12 golpes do soquete (para casos de materiaisutilizados em subleito), 26 ou 55 golpes (para casos de materiais utilizados em sub-base e base). Em alguns casos, a normativa DNIT 172/2016 permite a utilização dediferentes energias de compactação que melhor se adequem as característicasgeotécnicas do material a ser utilizado.

Após o processo de compactação, a normativa DNIT 172/2016 define quedeve-se rasar o material na altura exata do molde e uma amostra do materialexcedente (aproximadamente 100g) é utilizado na determinação da umidade. Faz-senecessária, assim como no ensaio de compactação, a moldagem de corpos deprova distintos com diferentes teores de umidade, para caracterizar uma curva decompactação.

Vargas (1977) reitera que, após a compactação, os corpos de prova devemser inundados por um período de quatro dias, afim de atingir a saturação domaterial. A inundação do material visa reproduzir a condição mais desfavorável quepossa ocorrer, que é a da eventual saturação do material in loco (CAPUTO,2015). Sobre a amostra submersa, deve ser depositado dois discos anelares depeso padronizado (4540 ± 20g, conforme ABNT 9895/2016), para simular aresistência que o peso do pavimento impõe sobre o material analisado. As mediçõesde expansão no material são realizadas a cada 24 horas, com o auxílio de umdeflectômetro. As expansões progressivas, assim com a expansão final ao fim dos 4dias são expressas em porcentagem em relação à altura inicial do corpo de prova.

Caputo (2015) em seus estudos considera que os subleitos consideradosbons detêm expansões menores que 3% e que materiais para sub-bases e basestenham expansões menores que 2% e 1%, respectivamente. A regulamentação doDNIT 108/2009 – ES considera que, para corpos de aterro, a expansão deve sermenor ou igual a 4%, e nas camadas finais este valor não deve ultrapassar 2%. Anormativa DNIT 172/2016 define para a expansão, a equação 2.7.

42

Código 7 -

Fonte: DNIT 172/2016 Solos – Determinação do Índice de Suporte Califórnia

Após o tempo de embebição das amostras, o solo deve escoar por umperíodo de 15 minutos antes do início do processo de penetração na prensahidráulica, apresentada na figura 10.

Figura 10 - Prensa Hidráulica para Ensaio ISC


Como explica Vargas (1977), a resistência à penetração do solo é medidamediante o puncionamento de um pistão na face superior das amostras com oauxílio de um macaco hidráulico, sob uma velocidade constante de 1,27 mm/min(0,05 pol/min). As leituras de deformação são controladas por meio de um relógiocomparador fixo no pistão com sensibilidade de 0,01 mm. Com a velocidade depenetração mencionada, a correspondência entre as deformações e os tempos deveser a indicada na tabela 7.

43

Tabela 7 - Tempos e deformações no ensaio ISC

Tempo Deformação

0,5 min 0,63 mm (0,025’’)

1,0 min 1,27 mm (0,05’’)

2,0 min 2,54 mm (0,1’’)

4,0 min 5,08 mm (0,2’’)

6,0 min 7,62 mm (0,3’’)

8,0 min 10,16 mm (0,4’’)

10,0 min 12,70 mm (0,5’’)Fonte: Adaptado de Caputo (2015)

Com a obtenção dos resultados, é traçada uma curva pressão em função dapenetração, conforme apresentado na figura 11. O Manual de Pavimentação doDNIT (2006) especifica que, caso exista um ponto de inflexão, traça-se umatangente à curva nesse ponto até que ela intercepte o eixo das abcissas. A curvacorrigida será então a curva tangente mais a porção convexa da curva original, coma nova origem localizada onde a tangente corta o eixo das abscissas. A correção dacurva gera o aparecimento de uma distância (C), que deve ser levada emconsideração somando-se aos pontos correspondentes às penetrações de 2,54 mm(0,1’’) e 5,08 mm (0,2’’), caracterizando os valores das pressões corrigidas (P’1 eP’2). A ABNT 9895/2016 define o índice de suporte Califórnia (ISC) conformeequação 2.8.

Código 8 -

Fonte: ABNT 9895/2016 Solo - Índice de suporte Califórnia (ISC) - Método de ensaio

Caputo (2015) afirma que as pressões obtidas são denominadas de índicescalifornianos de capacidade de carga (CBR), e são expressas em porcentagem daspressões padrões, que correspondem à resistência que apresenta a pedra britada,reproduzidas na tabela 8. O autor ainda afirma que em geral o ISC empregado noprojeto de pavimentos é o correspondente aquele que seja o maior entre os valoresde 2,54 mm (0,1’’) e 5,08 mm (0,2’’).

44

Figura 11 - Gráfico de Correção

Fonte: Manual de Pavimentação - Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes (2006)

Tabela 8 - Valores de Pressão Padrão para Ensaio ISC

Penetração (mm) Penetração (pol) Pressão Padrão (Kg/cm²) Pressão Padrão (Lb/pol²)

2,54 0,1 70 1000

5,08 0,2 105 1500

7,62 0,3 133 1900

10,16 0,4 161 2300

12,70 0,5 182 2600Fonte: Adaptado de Caputo (2015, p. 192)

2.4.6 Dimensionamento do Pavimento

Conforme apresentado por Zica (2010) apud Benucci et al (2006), opavimento pode ser definido como uma estrutura de múltiplas camadas comespessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplenagem. Vargas(1977) define que o pavimento é composto por uma base, sendo uma camada dematerial compactado que é revestida por um pavimento asfáltico e uma sub-base,que tem origem imediatamente antes da base que é também de materialcompactado, podendo ser do próprio local ou trazido de um empréstimo, como

45

apresentado na figura 12.

Figura 12 - Seção Esquemática Transversal de um Pavimento Rodoviário Flexível

Fonte: Manual de Pavimentação do DNIT (2006)

2.4.6.1 Estrutura do Pavimento

Como mencionado, a estruturação do pavimento está ligada a sistemas decamadas assentadas sobre uma fundação chamada de sub-leito, com o intuito dedistribuir e absorver as tensões provenientes do carregamento aplicado (ZICA,2010). De acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (2006), os pavimentospodem ser classificados em:

Rígido: São os pavimentos onde a camada de revestimento tem umarigidez maior em relação às camadas inferiores e, portanto, absorvepraticamente todas as forças provenientes dos carregamentos, como é o casode pavimentos constituídos por lajes de concreto de cimento Portland.

Semi-Rígido: É caracterizado por uma base ou sub-base estabilizada pormateriais com propriedades cimentícias, ou seja, um pavimento caracterizadopor uma deformabilidade maior que o rígido e menor que o flexível.

Flexível: É aquele em que todas as camadas sofrem deformaçõeselásticas significativa em razão do carregamento aplicado, constituídos debase, sub-base e reforço do subleito.

46

2.4.6.2 Método de Dimensionamento do Pavimento Flexível - Método do DNER

De acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (2006), o método dedimensionamento tem como base trabalhos desenvolvidos pelo Corpo deEngenheiros do Exército do E.E.U.U, além de conclusões obtidas na pistaexperimental na AASHTO. O método define que a capacidade de suporte do subleitoé obtida através dos valores de CBR. Os limites estabelecidos pelo Manual emfunção das camadas do pavimento podem ser melhor compreendidos no quadro 8.

Quadro 8 - Especificações para Camadas do Pavimento Flexível - Manual de Pavimentação

ExpansãoÍndice de

Suporte (CBR)índice de

Grupo (IG)Limite de

Liquidez (LL)

Índice de Plasticidade

(IP)

Base ≤ 0,5 % ≥ 80 % - ≤ 25 % ≤ 6 %

Sub-base ≤ 1 % ≥ 20 % 0 - -

Reforço do Subleito

≤ 1 % ≥ Subleito - - -

subleito ≤ 2 % ≥ 2 % - - -

Regularização - - - - -Fonte: Adaptado do Manual de Pavimentação do DNIT (2006)

Normativas como DNIT 108/2009-ES - terraplenagem, DNIT 139/2010-ES -sub-base e DNIT 141/2010-ES - base, apresentam valores semelhantes aosespecificados no Quadro 8, podendo ser averiguados no Quadro 9.

Quadro 9 - Especificações para Camadas do Pavimento Flexível - Normativas

Expansão Índice de Suporte (CBR)

índice de Grupo (IG)

Limite de Liquidez (LL)

Índice de Plasticidade (IP)

Base ≤ 0,5% ≥ 60% ou ≥ 80% - ≤ 25% ≤ 6%

Sub-base < 1% ≥ 20% 0 - -

Corpo de Aterro

≤ 4% ≥ 2% - - -

Camada Final

≤ 2% ≥ 6% - - -

Fonte: Adaptado de DNIT 108/2009 - ES, DNIT 139/2010 - ES e DNIT 141/2010 - ES

Em casos de solos onde o LL e IP utilizados na base forem superiores aosvalores limites, o material pode ser utilizado desde que o equivalente de areia sejasuperior a 30% e sejam satisfeitas as demais condições (DNIT, 2006).

Os materiais utilizados para base granular devem obedecer as faixas

47

granulométricas dispostas no quadro 10.

Quadro 10 - Granulometria para Base Granular - Porcentagem (%) Passante

PENEIRAS A B C D Tolerância

2'' (50 mm) 100 100 - - ± 7

1'' (25 mm) - 75-90 100 100 ± 7

3/8'' (9,5 mm) 30-65 40--75 50-85 60-100 ± 7

Nº 4 (4,75 mm) 25-55 30-60 35-65 50-85 ± 5

Nº 10 (2,0 mm) 15-40 20-45 25-50 40-70 ± 5

Nº 40 (0,42 mm) 8-20 15-30 15-30 25-45 ± 2

Nº 200 (0,075 mm) 2-8 5-15 5-15 10-25 ± 2Fonte: Adaptado do Manual de Pavimentação do DNIT (2006)

O pavimento deve ser dimensionado em função do número equivalente (N) deoperações de um eixo tomado como padrão (eixo simples com carga de 8,2 t),durante o período de projeto escolhido. O número equivalente do eixo-padrão (N)deve ser multiplicado por um coeficiente (FR) relativo a um fator climático regional,atualmente adotado como sendo 1,0 (DNIT, 2006). Além do fator climático, deve sertambém multiplicado o volume total de veículos em um determinado período (Vt) e ofator de veículo (Fv), sendo este o número que converte todos os tipos de veículosem eixos padrões (ZICA, 2010).

Para o dimensionamento do pavimento, faz-se necessária a definição de umcoeficiente de equivalência estrutural, tratando-se de um número que relaciona aespessura necessária da camada a ser construída com a espessura equivalente deuma camada com o mesmo comportamento estrutural e construída com o materialpadrão (ZICA, 2010). Os valores do coeficiente de equivalência podem serverificados no quadro 11.

48

Quadro 11 - Coeficiente de Equivalência Estrutural


Com os parâmetros do dimensionamento definidos, o processo segue para adeterminação das espessuras da base, sub-base e reforço. Isso pode ser realizadoconjuntamente com a análise gráfica da figura 13 e as inequações apresentadasabaixo:

(2.8) RKR + BKB ≥ H20(2.9) RKR + BKB +h20Ks ≥ Hn(2.10) RKR + BKB +h20Ks +hnKREF ≥ Hm

onde:H20 - Espessura de pavimento sobre a sub-base; h20 - Espessura da sub-base;Hm - Espessura total, necessária para proteger um material com ISC = m;Hn - Espessura da camada de pavimento com ISC = n; B - Espessura da Base;R - Espessura do Revestimento; KR - Coeficiente do Revestimento;KB - Coeficiente da Base;KS - Coeficiente da Sub-base;KREF - Coeficiente do Reforço.

49

Figura 13 - Ábaco para Dimensionamento da Espessura das Camadas


A espessura mínima do revestimento é definida pelo quadro 12, com valorespropostos pelo DNIT (2006) visando especialmente pavimentos com bases decomportamento puramente granular.

Quadro 12 - Espessura Mínima de Revestimento Betuminoso

N Espessura Mínima de Revestimento Betuminoso

N ≤ 106 Tratamentos superficiais betuminosos

106 ≤ N ≤ 5x106 Revestimentos betuminosos com 5,0 cm de espessura

5x106 < N ≤ 107 Concreto betuminoso com 7,5 cm de espessura

107< N ≤ 5x107 Concreto betuminoso com 10,0 cm de espessura

N > 5x107 Concreto betuminoso com 12,5 cm de espessura


50

51

3 METODOLOGIA

O estudo de energias de compactação para solos utilizados em aterrosrodoviários se deu a partir de um comparativo entre resultados de ensaioslaboratoriais usando energias padronizadas. A fim obter dados representativos paradistintas classes de solos, optou-se pela investigação de três amostras de material,sendo preferencialmente uma amostra de solo com classificação boa de utilizaçãoem aterros rodoviários e um com características ruins de suporte, utilizando oscritérios estabelecidos pela classificação TRB dos materiais. Isso porque, comoapresentado anteriormente, a variação da textura, coesão, mineralogia eplasticidade dos diversos tipos de solos podem influenciar no processo decompactação, fazendo-se necessária uma análise em três tipos de solo paraverificar se a utilização de diferentes energias de compactação interferem em seucomportamento, realizando um levantamento comparativo entre as três amostrasestudadas. Os ensaios realizados em laboratório para as três amostras foram:

a. Massa específica dos solos;b. Análise Granulométrica;c. Limites de Consistência (Limites de Atterberg);d. Compactação dos solos (Proctor Normal e Proctor Intermediário) paratodas as amostras;e. Compactação do solo na Energia Proctor Modificada para a amostra que seapresenta mais expansiva;f. Índice de Suporte Califórnia nas energias Proctor Normal e ProctorIntermediário para todas as amostras; g. Índice de Suporte Califórnia na Energia Proctor Modificado para a amostraque se apresenta mais expansiva.

Os três primeiros ensaios foram necessários a criar uma base de pesquisa,auxiliando a estimar o comportamento dos solos e orientar a investigação necessáriaà adequada análise do programa experimental. Para a classificação do material,optou-se pelos métodos da Classificação Unificada e a metodologia do TRB, sendoesta última utilizada como base para solos utilizados em aterros rodoviários,conforme especificado pelo Manual de Pavimentação do DNIT (2006).

Com a correta identificação dos tipos de solos analisados, procedeu-se paraos processos relativos ao ensaio de compactação. Obtidas as curvas decompactação para as energias Proctor Normal, Intermediário e Modificado,alcançaram-se os valores de umidades ótimas e em seguida realizaram-se os

52

ensaios CBR. Os ensaios foram feitos conforme os métodos apresentados nos itens2.4 e 2.4.5, de modo que as amostras foram ensaiadas no cilindro de compactaçãogrande, nas 3 amostras estudadas.

A organização da metodologia de pesquisa do presente trabalho pode sermelhor compreendida a partir do fluxograma 1 abaixo:

Fluxograma 1 - Metodologia de Ensaio

Fonte: O autor (2019)

Por meio dos resultados, avaliou-se o comportamento do solo com relaçãoaos novos limites estabelecidos pela atualização normativa, através de um estudocomparativo entre a norma anterior e atualizada, além de uma análise do custo-benefício que os novos limites podem trazer ao aterro através de um plano de custosrealizado pela tabela SICRO (Sistema de Custos Referenciais de Obras) do DNIT.

53

4 MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 COLETA E PREPARO DOS MATERIAIS

Das três amostras utilizadas, duas foram fornecidas pelo laboratório deEngenharia Civil - LEC da Universidade do Sul de Santa Catarina, denominadas deAM2 e AM3, de aproximadamente 20 Kg cada. A terceira amostra foi coletada emum aterro localizado no bairro Pedra Branca, no município de Palhoça - SCdenominada de AM1, com coleta de aproximadamente 20 Kg de material.

A preparação dos materiais inicialmente foi o destorroamento dos grãos como auxílio de um almofariz de porcelana, para posterior secagem em estufa à 105 °Cdurante um período de 24 horas. Após a secagem, as amostras foram depositadasem bandejas plásticas e armazenadas em laboratório durante o período necessárioaos ensaios, como apresentado na figura 14.

Figura 14 - Preparação das Amostras

Fonte: O autor (2019) - esquerda para direita: AM3, AM1, AM2

A preparação das amostras seguiu os procedimentos descritos pela normativaNBR 6457/2016 com secagem prévia do material, encontrando os teores deumidade higroscópica para os 3 tipos de solo, conforme serão apresentados a seguirno Item 5.

4.2 MASSA ESPECÍFICA DOS SOLOS

Após os precedimentos de preparação das amostras, procedeu-se para os

54

ensaios de caracterização do material. O ensaio de massa específica para as 3amostras seguiu as prescrições descritas pela normativa NBR 6458/2016, quedetermina os procedimentos necessários à definição da densidade dos materiaisanalisados. Cada amostra foi pesada, subdividida em 3 porções e imersa em águadurante um período de 24 horas, conforme apresentado na figura 15, sendo duasporções utilizadas para o ensaio de massa específica e uma para o ensaio desedimentação.

Figura 15 - Determinação da Massa Específica das Amostras


Após o período de imersão, as amostras foram levadas ao copo de dispersão,onde permaneceram por 15 minutos. Em seguida, foram transferidas para opicnômetro, tomando o cuidado de não haver perda de material durante atransferência, conforme figura 16.

Figura 16 - Transferência do Copo de Dispersão ao Picnômetro


O conjunto Picnomêtro + material foi então posicionado na bomba a vácuo deforma a retirar as bolhas que possivelmente ainda se encontravam na amostra,

55

durante o período de 1 hora. Durante o ensaio, adicionou-se água atéaproximadamente 1 cm abaixo da base do gargalo aos 30 minutos de vácuo eagitou-se o picnômetro em intervalos de 15 minutos. Após o processo, o conjuntopicnômetro+água+material foi pesado na balança com precisão de 0.01 g conformefigura 17.

Figura 17 - Pesagem do Picnômetro


O procedimento foi realizado em duplicata para os três solos avaliados, e amédia dos resultados foi utilizada para definir a massa específica do material.

4.3 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

Nos ensaios de granulometria dos materiais estudados foram utilizados osprocedimentos descritos pela normativa NBR 7181/2016 e DNER/ME 051/94. Aanálise granulométrica das amostras pôde ser dividida em três partes, conformedisposto nas normativas.

4.3.1 Peneiramento Grosso

Após a preparação do material, as amostras foram repartidas em porções deaproximadamente 1500 g cada, sendo seu valor anotado como o valor total daamostra seca ao ar. Deste material, foi separada a parte retida e passante napeneira de malha 2,0 mm, reservando o material com granulometria menor para openeiramento fino. Em seguida, o peso retido da amostra foi lavado na peneira de

56

2,0 mm, afim de eliminar o material fino aderente às partículas com diâmetro maiorque 2,0 mm, conforme prescrito na normativa DNER ME 041/94. O procedimentopode ser verificado na figura 18.

Figura 18 - Preparação da Amostra para Peneiramento Grosso


Após a lavagem, o solo retido na peneira foi seco em estufa à temperatura de105°C por um período mínimo de 24 horas. Com a secagem, o materialfoi introduzido nas peneiras de 50 mm à 2,0 mm, e suas respectivas peneirasintermediárias conforme estipulado pela normativa DNER/ME 080/94, anotando opeso do material retido em cada peneira.

4.3.2 Sedimentação

Para a parte do material relativa aos finos, foi utilizado o material reservadopassante da peneira de 2,0 mm. Da fração passante, foi destinado cerca de 250 gdo material para os ensaios de umidade higroscópica, limites de liquidez eplasticidade e análise granulométrica de finos. Determinada a umidade higroscópicacomo prescreve a norma DNER ME 051/94, cerca de 120 g da amostra foi imersaem uma solução defloculante por um período de 24 horas, conforme mostrado nafigura 19.

57

Figura 19 - Amostra Imersa em Solução Defloculante


Após o período de imersão, verteu-se a mistura no copo de dispersão,tomando o cuidado de não haver perda de material no béquer, onde agitou-se por 15minutos. Na sequência, a dispersão foi transferida para a proveta, completando-acom água até atingir o valor de 1000 ml, que foi agitada com o intuito de manter aspartículas em suspensão, como mostrado na figura 20.

Figura 20 - Análise Granulométrica por Sedimentação


Imediatamente após a agitação das provetas, iniciou-se a cronometragem dotempo e mergulhou-se o densímetro na solução, onde foram realizadas as leiturascorrespondentes aos tempos de sedimentação.

58

4.3.3 Peneiramento Fino

Terminado o ensaio de sedimentação, verteram-se as amostras provenientesdas provetas em uma peneira de 0,075 mm e foi lavado o material com águacorrente. O material então retido na peneira foi seco em estufa à 105°C por 24 horaspara, em seguida, ser executado o peneiramento com peneiras da série Tyler entre1,2 mm à 0,075 mm, anotando-se os valores dos materiais retidos nas peneirasintermediárias para elaboração da curva granulométrica, conforme mostrado nafigura 21, em acordo com a normativa DNER ME 051/94.

Figura 21 - Análise Granulométrica por Peneiramento Fino


O ensaio granulométrico foi realizado para todos os três solos analisados, eseus resultados serão demonstrados no item 5.

4.4 LIMITES DE CONSISTÊNCIA

Para os ensaios dos limites de consistência das amostras analisadas foramutilizados os procedimentos descritos no item 2.2.2. Pôde-se determinar os limitesde consistência dos materiais através de dois ensaios principais: Limite de liquidez elimite de plasticidade.

4.4.1 Limite de Liquidez

O ensaio fundamentou-se na utilização do aparelho Casagrande, comomostrado na figura 22.

59

Figura 22 - Aparelho Casagrande


O material utilizado para realização do ensaio foi proveniente da amostrapassante da peneira de 2,0 mm, conforme mencionado no item 4.3.2. Destematerial, deve-se utilizar o material passante da peneira de 0,42 mm,aproximadamente 200 g. A amostra sofreu adições de água e foi entãohomogeneizada por um período mínimo de 30 minutos, até se tornar uma massaplástica. Em seguida, o material foi adicionado à concha do aparelho, de modo aocupar 2/3 da concha e aproximadamente 1 cm de profundidade, conforme figura23.

Figura 23 - Ensaio Limite de Liquidez


60

Em seguida, foi produzida uma ranhura no centro da concha utilizando ocinzel, pressionando sua ponta contra a concha, de modo a se obter uma ranhuraregular como mostrado na figura 24. Na sequência, golpeou-se o solo contra a basedo aparelho girando a manivela à aproximadamente duas voltas por segundo,conforme definido pela normativa DNER ME 122/94, até as duas bordas inferioresse unirem na extensão aproximada de 1 cm.

Figura 24 - Utilização do Aparelho Casagrande


Ainda na figura 24, é possível visualizar do lado direito uma deformação naamostra, causada pelo recolhimento de uma porção de solo para o ensaio deumidade do material, que foi colhida de ambos os lados e onde se verificou a uniãoda borda. O processo então foi repetido em ao menos 5 pontos com adiçõessucessivas de água, para posterior análise dos resultados e determinação do limitede liquidez do solo.

4.4.2 Limite de Plasticidade

Para a classificação do solo quanto a sua plasticidade, foram realizados osprocedimentos descritos na normativa DNER ME 082/94. Para tal, foi utilizado omaterial passante da peneira de 2,0 mm, conforme mencionado no item 4.3.2 epassante na peneira de 0,42 mm. O ensaio consistiu na adição de água no materialaté a formação de uma massa plástica, como apresentado na figura 25.

61

Figura 25 - Ensaio de Limite de Plasticidade


A homogeneização do material durou em média 45 minutos. Em seguida, omaterial foi separado em porções aproximadas de 20 g cada, que foram moldadasentre os dedos e a face esmerilhada da placa de vidro, em um cilindro de dimensõespadronizadas, de 3 mm de diâmetro. Procedeu-se a rolagem até o momento que ocilindro sofreu rachaduras ou foi fragmentado, caracterizando o ponto de umidade dolimite de plasticidade, conforme apresentado na figura 26.

Figura 26 - Ruptura do Solo no Limite de Plasticidade


Ao se fragmentar o cilindro, transferiu-se o solo para as cápsulas ondeposteriormente foi retirada a umidade. O limite de plasticidade foi verificado pelamédia das umidades de ao menos 5 repetições do ensaio, que não diferiram entre side no máximo 5%. Os resultados serão apresentados no item 5.

62

4.5 COMPACTAÇÃO DOS SOLOS

O ensaio de compactação das amostras de solo analisado seguiram osprocedimentos estabelecidos pela normativa NBR 7182/2016 relativa à metodologianecessária à realização do ensaio de compactação. Realizou-se a compactação emtrês energias padronizadas: Proctor Normal, Intermediário e Modificado.

A preparação das amostras consistiu no destorroamento do material com oauxílio de uma peneira de forma a evitar torrões com diâmetros maiores que 4,8 mme posterior secagem em estufa à 105°C por um período de 24 horas. Para aobtenção das curvas de compactação optou-se pela utilização do cilindro grande(2085 cm³ ± 22 cm³) com reuso de material, conforme apresentado na figura 27.

Figura 27 - Molde do Corpo de Prova Cilíndrico Grande


As curvas de compactação foram obtidas com a moldagem de múltiploscorpos de prova com diferentes teores de umidade por energia (Normal,Intermediária e Modificada) para cada amostra de solo analisado, como prevê odisposto na normativa NBR 7182/2016. Cada amostra foi repartida em porções deaproximadamente 6000 g que sofreram adições sucessivas de água, na ordem de2% sobre o valor total da amostra, equivalente a 120 ml. Após a adição, o materialfoi homogeneizado de forma a obter-se a mesma umidade em todo o solo, conformemostrado na figura 28.

63

Figura 28 - Homogeneização da Amostra


A cada adição de água sobre a amostra moldou-se um corpo de prova comuma energia padronizada, retirou-se o colarinho e rasou-se a amostra na alturaexata do molde, para em seguida ser anotado seu peso e registrada sua umidade,conforme figura 29.

Figura 29 - Compactação do Corpo de Prova


Em seguida, o material foi extraído do corpo de prova, destorroado epreparado para uma nova moldagem, como apresentado na figura 30.

64

Figura 30 - Extração e Destorroamento da Amostra


O procedimento foi realizado em ao menos 5 umidades distintas para darorigem a uma curva de compactação, onde fica evidenciada a umidade ótima domaterial.

A moldagem dos exemplares foi realizada com as três energias padronizadas,sendo Proctor Normal e Proctor Intermediário para os três solos analisados. Oensaio Proctor Modificado foi realizado apenas na amostra AM3, por serconsiderada a mais expansiva. A correlação entre as energias utilizadas e aquantidade de golpes aplicados foi de 12 golpes em 5 camadas para ProctorNormal, 26 golpes em 5 camadas para Proctor Intermediário e 5 camadas de 55golpes cada para o Proctor Modificado, distribuídos uniformemente em cadacamada.

4.6 ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (ISC) E EXPANSÃO

Para os ensaios do índice de suporte califórnia seguiram-se os procedimentosestabelecidos pela normativa DNIT 172/2016. Com a definição das curvas decompactação para os diferentes materiais e diferentes energias, foi possível definiros valores das umidades ótimas das amostras analisadas. Os procedimentos demoldagem dos corpos de prova para o ISC foram os mesmos apresentados no item4.5, com o diferencial de que neste cenário a compactação do solo ocorreu apenascom as respectivas umidades ótimas. Terminada a moldagem da amostra, os moldesforam invertidos e fixados nos respectivos pratos-base perfurados, conforme figura31.

65

Figura 31 - Molde CilÍndrico para CBR


Em cada molde, no espaço antes ocupado pelo disco espaçador, foi colocadaa haste de expansão e os discos anelares, produzindo uma sobrecarga deaproximadamente 4600 g sobre o material de estudo. Para a realização do ensaiode expansão, na ponta da haste foi adaptado um extensômetro de precisão 0,01mm, conforme figura 32.

Figura 32 - Extensômetro Ensaio de Expansão


As medidas de expansão do material foram realizadas em percentagens daaltura inicial do corpo de prova. As leituras do extensômetro foram executadas emperíodos fracionados arbitrados de 15 min, 30 min, 45 min, 1 hora, 2 horas e 4 horasde imersão. Em seguida, as leituras realizaram-se no período de 24 horas, 48 horas,72 horas e 96 horas, totalizando um tempo total de 4 dias para o ensaio. Durante o

66

período do ensaio, os moldes foram imersos em água até o cobrimento total docorpo de prova, conforme apresentado na figura 33.

Figura 33 - Imersão das Amostras para Ensaios de Expansão e CBR


Com o fim do período de embebição, anotou-se o valor final da expansão ecada molde com o corpo de prova foi retirado da imersão e drenado por um períodode 15 minutos antes do ensaio de CBR, conforme previsto na normativa DNIT172/2016. Para o ensaio de penetração, foi utilizada uma prensa hidráulica comvelocidade de penetração de 1,27 mm/min, como apresentado na figura 34.

Figura 34 - Prensa Hidráulica


Após o período de drenagem das amostras, os corpos de prova foram

67

ensaiados na prensa hidráulica com os tempos e penetrações previstos naregulamentação DNIT 172/2016. As leituras no extensômetro do anel foramrealizadas e anotadas, sendo posteriormente utilizadas para definir o índice desuporte do solo. Após o fim do ensaio, as amostras foram extraídas dos moldescilíndricos e descartadas, conforme figura 35.

Figura 35 - Amostras Deformadas após Ensaio ISC


O procedimento de ensaio ISC foi realizado para os três tipos de soloanalisados, em suas respectivas energias de compactação.

68

(continua)

5 APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS

A seguir, serão apresentados os resultados dos ensaios realizados, descritosno item 4, em cada solo analisado.

5.1 RESULTADOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS

5.1.1 Massa Específica

A tabela 9 apresenta os dados relativos à massa específica dos materiaisanalisados.

Tabela 9 - Massa Específica dos Solos

Amostras Massa Específica

Solo Laranja - AM1 2,663 g/cm³

Solo Preto - AM2 2,606 g/cm³

Solo Vermelho - AM3 2,938 g/cm³Fonte: O autor, 2019

Como é possível observar na tabela 9 há uma diferença maior entre a massaespecífica das amostras AM1/AM2 para a amostra AM3, que pode ser explicadapelas características granulométricas do material vermelho, que possui em suacomposição uma quantidade relativamente maior de material fino, elevando suamassa específica. Os valores condizem com o que afirma Caputo (2015), quedelimita valores aproximados de massa específica de 2,65 à 2,85 g/cm³. Aindasegundo o autor, o aumento da massa específica do material vermelho em relaçãoaos outros solos pode ser explicado por uma possível presença de óxido de ferro emsua composição, responsável também pelo aumento da densidade do material e suacoloração avermelhada.

5.1.2 Granulometria

Os resultados referentes à granulometria das amostras utilizados para fins declassificação podem ser constatados na tabela 10.

Tabela 10 - Granulometria do Material em Porcentagem

Material Passante Solo Laranja (AM1) Solo Preto (AM2) Solo Vermelho (AM3)

Peneira 10 (1,70 mm) 72,57 % 99,34 % 100 %

69

(conclusão)Tabela 10 - Granulometria do Material em Porcentagem

Material Passante Solo Laranja (AM1) Solo Preto (AM2) Solo Vermelho (AM3)

Peneira 40 (0,42 mm) 54,86 % 95,37 % 98,49 %

Peneira 200 (0,075 mm) 45,54 % 25,50 % 84,40 %Fonte: O autor (2019)

As curvas granulométricas dos materiais em análise estão demonstradas noGráfico 1. Com os valores de porcentagens passantes nas peneiras apresentadasna tabela 10, foi possível realizar a classificação SUCS e TRB do material.

Gráfico 1 - Curvas Granulométricas das Amostras


A análise das curvas granulométricas dos materiais permite deduzircaracterísticas inerentes à granulometria dos solos. De acordo com o Gráfico 1, paraa amostra de solo preta (AM2), tem-se uma granulometria considerada bemgraduada. Devido à impossibilidade de cálculo do diâmetro efetivo (D10) dasamostras AM1 e AM2, sua análise foi realizada de forma visual das curvas.Percebem-se, no solo vermelho (AM3), possíveis descontinuidades na curva, bemcomo uma uniformidade do material em sua parte central, podendo ser classificadocomo um solo mal graduado. Na amostra laranja (AM1), devido a presença detrechos horizontais na curva, classificou-se a amostra como mal graduada.

70

5.1.3 Limites de Consistência

Os resultados dos Limites de Consistência dos materiais pode ser encontradona tabela 11.

Tabela 11 - Resultados Limites de Consistência

Limites de Atterberg Solo Laranja (AM1) Solo Preto (AM2) Solo Vermelho (AM3)

Limite de Liquidez (%) 54,38 NL 64,45

Limite de Plasticidade (%) 28,10 NP 38,92

Índice de Plasticidade (%) 26,28 NP 25,53Fonte: O autor (2019)

5.1.4 Classificação do Solo

5.1.4.1 Sistema SUCS

Para a classificação adotada pelo SUCS, foi utilizado os valores obtidosatravés da granulometria expostos na tabela 10. Utilizou-se como ferramenta paraclassificação o fluxograma 2, elaborado pelo laboratório de geotecnia epavimentação da Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC, 2017).

Fluxograma 2 - Classificação Sistema Unificado

Fonte: UDESC (2017)

As amostras puderam ser classificadas em função de sua granulometria,limites de consistência e Índice de Plasticidade como:

71

Sand Clay (SC), para o solo Laranja (AM1);Sand Mo (SM), para o solo preto (AM2);Mo High (MH), para o solo Vermelho (AM3).

5.1.4.2 Sistema TRB

A classificação TRB dos materiais seguiu os procedimentos estabelecidospelo Manual de Pavimentação do DNIT (2006) expostos no item 2.3.2 destadissertação. Os valores relativos ao material em estudo podem ser verificados natabela 12.

Tabela 12 - Resultados Classificação TRB

Solo Laranja (AM1) Solo Preto (AM2) Solo Vermelho (AM3)

Classificação TRB A-7-6 A-2-4 A-7-5

Índice de Grupo (IG) 15 0 19Fonte: O autor (2019)

Como consequência, observou-se uma vantagem da amostra AM2 emrelação as amostras AM3 e AM1, que no sistema de classificação TRB sãocaracterizadas como solos de características ruins de suporte. Conformeespecificado pelo Manual de Pavimentação do DNIT (2006), a amostra AM2 atendeàs exigências físicas para utilização em subleitos, com comportamento esperado debom a excelente.

5.2 RESULTADOS DE COMPACTAÇÃO DOS SOLOS

Com a execução dos ensaios de compactação Proctor, foi possível definir ascurvas de compactação para os materiais estudados. As curvas de compactaçãodas amostras AM1, AM2 e AM3 podem ser verificadas respectivamente no Gráfico 2,Gráfico 3 e Gráfico 4.

72

Gráfico 2 - Curvas de Compactação - Solo Laranja (AM1)


Gráfico 3 - Curvas de Compactação - Solo Preto (AM2)


73

Gráfico 4 - Curvas de Compactação - Solo Vermelho (AM3)


A apresentação das curvas de compactação permitiu uma análise dos valoresde umidade ótima e massa específica dos materiais quando compactados. Osgráficos 2, Gráfico 3 e Gráfico 4 mostram a relação entre o teor de umidade e adensidade dos solos em análise. Percebe-se um aumento de massa específica dostrês materiais a medida em que há um aumento das energias de compactação,comportamento verificado em literaturas como Pinto (2006) e Vargas (1977). Osvalores de máximo das curvas de compactação podem ser encontrados na tabela13.

Tabela 13 - Umidades Ótimas e Massa Específica Máxima das Amostras


As amostras seguiram o comportamento previsto encontrado nasbibliografias, com uma umidade ótima decrescente a medida em que se aumentam

74

as energias de compactação, e sua massa específica máxima diretamenteproporcional ao aumento das energias. Em síntese, o comparativo entre as curvasde compactação dos solos em análise pode ser visualizado no Gráfico 5.

Gráfico 5 - Comparativo entre Curvas de Compactação


Através de observações no gráfico 5, verificou-se a presença de pontos deinterceptação entre curvas no ramo úmido que, apesar de não usuais, encontrou-sedecorrências similares em artigos como o proposto por Mantovani (1987). Emsíntese, os resultados relativos à compactação são apresentados no gráfico 6.

75

Gráfico 6 - Comparativo entre Energias de Compactação

Fonte: O autor, 2019

Conforme apresentado, percebe-se um aumento da massa específica dosmateriais a medida em que há o aumento das energias, na ordem de 2,58% (sololaranja), 4,65% (solo preto) e 7,38% de PN para PI (Solo vermelho) e 14,56% de PNpara PM (solo vermelho), além de ser possível visualizar a redução das umidadesótimas dos materiais acompanhando o aumento de massa específica dos materiais.

76

5.3 RESULTADOS ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA

Os resultados relativos aos ensaios de índice de suporte podem seraveriguados nos Gráficos 7, Gráfico 8 e Gráfico 9, referentes as amostra AM1, AM2e AM3, respectivamente.

Gráfico 7 - Índice de Suporte Califórnia Solo Laranja (AM1)


77

Gráfico 8 - Índice de Suporte Califórnia Solo Preto (AM2)


78

Gráfico 9 - Índice de Suporte Califórnia Solo Vermelho (AM3)


Os ensaios de CBR avaliaram a capacidade de suporte relativa dos solos,em relação a capacidade de uma brita padronizada. Os valores de CBR utilizadosforam os maiores dentre as penetrações de 2,54 e 5,08 mm, para cada energiacompactada. A tabela 14 apresenta os valores utilizados para o índice de suporte,para as três amostras e as energias utilizadas.

79

Tabela 14 - Valores de Suporte do Solo (CBR)

Solo Laranja (AM1) Solo Preto (AM2) Solo Vermelho (AM3)

CBR (%) Proctor Normal 8,0 22,5 5,6

CBR (%) Proctor Intermediário 10,2 23,1 7,2

CBR (%) Proctor Modificado X X 7,3Fonte: O autor (2019)

Como verificado em bibliografias como Pinto (2006), percebe-se um aumentodo índice de suporte do material a medida em que há aumento entre as energias decompactação. Entretanto, os materiais analisados não obtiveram aumentosexpressivos em seus resultados quanto ao aumento de energia. Trabalhos como oproposto por Zica (2010) obteve resultados similares onde não houve aumentosignificativo do índice de suporte em algumas de suas amostras em solosclassificados como A-7-5 e A-7-6 devido a quantidades expressivas de silte em suacomposição, comportamento que se repete nas amostras AM1 e AM3. Ainda,conforme indicado na tabela 14, há um aumento significativo no ISC da amostraAM2 em relação às amostras AM1 e AM3, resultado que pode ser comprovado pelacatalogação boa da amostra na classificação TRB (A-2-4). Em síntese, ocomparativo do aumento de CBR dos solos em análise está apresentado no gráfico10.

80

(continua)

Gráfico 10 - Comparativo entre Aumento do CBR


É possível visualizar, conforme gráfico 10, um aumento de 27,50% nacapacidade de suporte do solo laranja (AM1), 2,67% no solo preto (AM2), 28,57% dePN para PI no solo vermelho (AM3) e 30,36% de PN para PM também na amostra 3.Além do aumento do CBR, foi possível visualizar graficamente a tendência aoaumento da expansão nas amostras AM1 e AM3, caracterizadas como amostras A-7-6 e A-7-5, respectivamente.

5.3.1 Resultados de Expansão

A Tabela 15 ilustra, para os três trechos, o resultado da expansão realizadoatravés do procedimento do ensaio de CBR (ou ISC), segundo a metodologiaadotada pelo DNIT.

Tabela 15 - Expansibilidade das Amostras

Energias de Compactação Solo Laranja (AM1) Solo Preto (AM2) Solo Vermelho (AM3)

Proctor Normal 1,20 % 0,18 % 1,78 %

Proctor Intermediário 2,47 % 0,10 % 3,37 %

81

(conclusão)Tabela 15 - Expansibilidade das Amostras

Energias de Compactação Solo Laranja (AM1) Solo Preto (AM2) Solo Vermelho (AM3)

Proctor Modificado X X 6,45 %Fonte: O autor (2019)

Nos resultados dos ensaios de expansão foi possível constatar algumaspeculiaridades nos materiais em análise. A amostra AM2 apresentou expansõessemelhantes e praticamente nulas nas energias de Proctor Normal e ProctorModificado, resultados esperados para um solo com características boas deutilização em aterros rodoviários. Já para os solos AM1 e AM3, um aumento naenergia de compactação resultou em um acréscimo de expansão do solo. Umcomportamento similar pôde ser verificado nos ensaios propostos por Zica (2010)em suas amostras com classificação A-7-5 e A-7-6, onde amostras com grandequantidade de finos sofreram expansões relativamente maiores enquanto aoaumento das energias. Observa-se também que esses solos (AM1 e AM3) possuemvalores de CBR baixos, não respondendo de forma expressiva ao acréscimo dasenergias.

5.4 ANÁLISE DE CUSTOS

Para a realização de uma análise dos custos atrelados às diferentes energiasde compactação, preliminarmente executou-se uma checagem entre os valoresalcançados pelos ensaios e os limites estabelecidos para as camadas depavimentação pelo DNIT (2006), através das normativas DNIT 108/2009 - ES, DNIT139/2010 - ES e DNIT 141/2010 - ES. Os resultados podem ser acompanhados natabela 16.

82

Tabela 16 - Relação entre Valores de Ensaio e Limites Normativos


A análise dos resultados permite visualizar algumas consequências dascompactações dos solos. Como já mencionado, fica evidenciado a vantagem do soloPreto (AM2) em relação às amostra AM1 e AM3, com possibilidade de utilização emcorpo de aterro, subleito e sub-base. A amostra vermelha (AM3) apresentou dentreos três solos o pior resultado, podendo ser utilizada apenas em corpo de aterro.Percebe-se que, mesmo com o aumento das energias, não houve aumentosignificativo que gerasse uma utilização dos solos em uma camada que exige limitesde CBR superiores, com o aumento das energias de compactação. Na amostravermelha, entretanto, foi verificado um leve incremento em seu índice de suporte naenergia intermediária, suficiente para elevar a categoria do solo para a camada desubleito, se não fosse a imposição normativa de expansão dos solos, a qual nãoatende aos requisitos.

Entretanto, bibliografias como Zica (2010) e Almeida (2017) obtiveramsucesso no melhoramento de seus materiais em função do aumento das energias decompactação. Nos trabalhos em questão, trechos estudados com o aumento deenergia elevou a capacidade de suporte de solos A-2-4 em quase 100% da energiaProctor Normal para Internormal (ZICA, 2010 pg. 92), comprovando sua eficácia no

83

melhoramento de solos com boas características físicas. Contudo, Zica (2010)também encontrou dificuldades no melhoramento de seu material ao lidar com solossiltosos, explanando que a capacidade de aumento do suporte do solo estádiretamente ligada as características físicas do material, não obtendo diferençasrelevantes nas diferentes energias quando se trata de um material considerado ruim.

5.4.1 Viabilidade Econômica

Após a caracterização e definição dos índices de suporte dos materiais,verificou-se a viabilidade econômica do uso das energias de compactação. Nesteestudo levou-se em consideração apenas o custo dos serviços de compactação demateriais granulares, referentes ao corpo de aterro e camadas finais deterraplenagem, como preconizado pela normativa DNIT 108/2009 - ES.

No caso das amostras estudadas, obteve-se duas amostras comcaracterísticas expansivas que impedem sua utilização em subleitos (AM1 e AM3) euma com ISC > 20% para as duas energias utilizadas (AM2). Como o valor máximode ISC no ábaco de dimensionamento é 20 (Figura 13) (DNIT, 2006), para a amostraAM2 não haveria alterações na espessura das camadas do pavimento com oaumento da energia, visto que se usaria ISC = 20 para os dois casos. Neste caso,haveria um aumento no custo da terraplenagem e não haveria mudança nos custosda pavimentação. Por este motivo, optou-se pelo estudo de uma terraplenagemhipotética, com dimensões apresentadas na figura 36.

Figura 36 - Seção Transversal da Terraplenagem Modelo

Fonte: DNIT (2012)

No trabalho proposto por Zica (2010 pg. 101), em um de seus trechosanalisados apenas a energia de Proctor Internormal foi eficaz para reduzir aespessura da camada de sub-base em 32%. O autor ainda cita que, nodimensionamento do pavimento, poderia ser adotada uma energia de compactaçãoobjetivando um valor de CBR mínimo, suficiente para atender aos requisitos para

84

dimensionamento. Com o auxílio da tabela SICRO (Sistemas de Custos Referenciais de Obra)

elaborado pelo DNIT, foi possível estimar o custo de compactação para corpos deaterros e camadas finais com os parâmetros definidos pelas normativas DNER - ES282/97 e DNIT 108/2009 - ES, realizando um comparativo entre as atualizaçõesnormativas. Os valores utilizados para o orçamento podem ser verificados no quadro13 e quadro 14.

Quadro 13 - Custos Unitários de Referência - SICRO 2012

Fonte: DNIT (2012)

85

Quadro 14 - Custos Unitários de Referência - SICRO Abril 2019

Fonte: DNIT (2019)

Para utilização de valores relativos ao grau de compactação 100 e 95%, sefez necessária a utilização de dados das tabelas SICRO de 2019 e 2012, visto quecom a atualização normativa, valores de custos unitários para GC = 95% deixaramde ser apresentados em tabelas mais atuais. Como as tabelas definem preçosunitários em valores por metro cúbico, para efeito de cálculo foi considerado umtrecho de 1 Km de extensão, com camadas finais de 60 cm. Embora a altura doCorpo de Aterro varie com o greide de terraplenagem, para os cálculos do volumeadotou-se um valor médio de 2 m de altura em toda a extensão do trecho hipotético.Os volumes da camada final e corpo de aterro estão expressos na tabela 17.

Tabela 17 - Volume do Aterro e Camada Final

Camada Volume

Corpo de Aterro 58000 m³

Camada Final 15060 m³Fonte: O autor (2019)

Para estimativa dos custos unitários das compactações analisadas utilizou-seos relatórios analíticos disponibilizados pelo SICRO (2012 e 2019) conformeapresentado no quadro 15, quadro 16, quadro 17 e quadro 18.

86

Quadro 15 - Analítico Compactação Proctor Normal 100% (2019)

Fonte: SICRO (2019)

Quadro 16 - Analítico Compactação Proctor Intermediário 100% (2019)

Fonte: SICRO (2019)

87


Fonte: SICRO (2012)


Fonte: SICRO (2012)

Com a atualização do SICRO 2 para SICRO 3 entre 2012 e 2019, fez-senecessária a compatibilização dos serviços prestados para calcular o valor corrigidopara compactação a 95% do Proctor Normal em 2019. Para isso, foram utilizados osfatores de utilização (SICRO 3 - 5502978) da compactação a 100% Proctor Normal

88

de 2019 e aplicados nos custos unitários do SICRO 2, de nov/2012 também nacompactação a 100% Proctor Normal. Com isso, foi possível analisar o aumentopercentual de 2012 para 2019 e este valor foi aplicado na compactação do ProctorNormal a 95%, conforme mostrado no quadro 19.

Figura 37 - Compactação de Aterros a 100% Proctor Normal - Valores Atualizados para 2019

Fonte: Adaptado de SICRO (2012)

Os valores utilizados para os cálculos relativos aos custos por metro cúbicodos materiais são aqueles apresentados na tabela 18, com preço unitário corrigidopara 2019 quando GC = 95%.

89

Tabela 18 - Custos Unitários de Referência - SICRO (Valores estimados para 2019)

Descrição do Serviço Custos Unitários (m³)

Compactação dos Terrenos a 95 % do Proctor Normal R$ 3,10

Compactação dos Terrenos a 100 % do Proctor Normal R$ 3,12

Compactação dos Terrenos a 100 % do Proctor Intermediário R$ 5,30Fonte: Adaptado de SICRO (2019)

Os valores de compactação do solo à 100% Proctor Normal sofreram umaumento de 13,45% de 2019 em relação a 2012, aumento percentual que foiutilizada para estimar o valor unitário do GC = 95% para o ano de 2019. Os custospor quilômetro de rodovia foram realizados através de duas variáveis: Uma delasutilizando as exigências da normativa antiga (DNER - ES 282/97) e a segunda danormativa atualizada (DNIT 108/2009 - ES), de modo a ser possível analisarfinanceiramente as diferenças nas imposições de novas condições. Os custos estãoindicados na tabela 19.

Tabela 19 - Custo do Aterro


Percebe-se pela análise da tabela 19 que houve um aumento no custo totaldo aterro com a atualização normativa, um acréscimo de 13,03% no valor total daobra, equivalente a R$ 33.990,80. Entretanto, deve-se levar em consideração ocusto-benefício que este acréscimo financeiro traz para a capacidade de suporte dosolo, visto que o aumento das energias de compactação está ligado um aumento emseu índice de suporte.

90

6 CONCLUSÃO

Com relação à caracterização física dos materiais analisados, as amostrasapresentaram resultados congruentes com os dispostos nas bibliografias analisadas.A classificação dos materiais através dos ensaios de caracterização e limites deAtterberg revelou características que puderam ser utilizadas na definição TRB eSUCS das amostras, com dois dos três solos (AM1 e AM3) revelando-se materiaiscom características singulares que não se mostraram referências interessantes parautilização em aterros, por possuírem propriedades de suporte de regular a ruim,sendo classificados como solos A-7-6 e A-7-5, respectivamente. O terceiro solo, aamostra AM2 possui características físicas relativamente melhores à das outrasamostras, com possibilidades de utilização em camadas de corpo de aterro, subleitoe sub-base, possuindo uma classificação A-2-4.

O estudo das diferentes energias de compactação utilizadas no tratamentodos solos demonstrou semelhanças com as literaturas utilizadas, demonstrando umaumento de sua massa específica à medida em que há o aumento das energias,com uma diminuição da umidade inversamente proporcional ao acréscimo decompactação Proctor. Os valores de Índice de Suporte Californiano (ISC) semostraram coerentes com o proposto pela fundamentação teórica, entretanto nossolos analisados não houve aumento significativo nos valores de CBR entre asdiferentes energias, ratificando os resultados obtidos na classificação dos solos,onde foram classificados com características de regular a ruim em relação autilização em suporte.

A amostra AM3 adquiriu um aumento de 28,60% nos valores de ISC entre aenergia normal e intermediária, seguida pela amostra AM1 com um aumento de27,50%. A amostra AM2 vêm em seguida, com um pequeno acréscimo de 2,66 %.Já em relação ao aumento entre a energia intermediária e modificada, a amostraAM3 não obteve resultado relevante, com acréscimo de apenas 1,40 %.

Os resultados de expansão das amostras obteve um comportamentoincomum, com o aumento de expansão à medida em que houve o aumento dasenergias de compactação, com exceção à amostra AM2, que obteve expansãopraticamente nula. Algumas literaturas como Zica (2010) obtiveram comportamentossemelhantes em materiais com grande quantidade de finos, como é o caso dasamostras AM1 e AM3.

Apesar dos resultados obtidos com os solos analisados não seremsuficientemente bons para sua utilização total em aterros rodoviários, bibliografiascomo Almeida (2017) e Zica (2010) em seus trabalhos obtiveram sucesso emmelhorar as qualidades de seus solos utilizando-se de acréscimos nas energias de

91

compactação, comprovando sua eficiência no beneficiamento do ISC. Neste caso,se faz importante frisar que o índice de suporte do solo está diretamente ligado àsuas características, e que o aumento de energia não significa que um solo poderáser melhorado além do que suas características o permitem.

Na análise de custos proposta pelo comparativo entre a atualização danormativa, houve um aumento de 13,03% com a revisão da regulamentação, valorsignificativo ao levar em consideração apenas o custo da compactação. Entretanto,é conhecido os benefícios que uma compactação em Proctor intermediário com GC= 100% nas camadas finais pode trazer ao índice de suporte do material, fazendo-senecessária uma análise mais completa do custo-benefício do trabalho no aterro.

92

7 SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS

Para novas pesquisas relacionadas ao tema, pode-se sugerir:

a. Estudar a Influência das Energias de Compactação (Proctor Normal,Intermediário e Modificado) na expansão dos solos com grandes quantidadesde material fino;b. Realizar novos ensaios de compactação para diferentes tipos de solo comclassificações TRB distintas; c. Dimensionar um pavimento flexível com valores de ISC obtidos através deensaios com as diferentes Energias de Compactação (Proctor Normal,Intermediário e Modificado), verificar seus limites normativos e possíveisalterações na espessura das camadas do pavimento;d. Estudar processos de melhoramentos para solos com índices de suporteinferiores aos aceitáveis, através de um aprimoramento de suascaracterísticas físicas.

93

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ALMEIDA, Felipe Maraschine. ENERGIAS PARA COMPACTAÇÃO DE SOLOSDESTINADOS A ESTRUTURAS DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS. Uberlândia,2017. 101 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Civil) - UNIVERSIDADEFEDERAL DE UBERLÂNDIA, 2017.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D3080/D3080M -11: Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated DrainedConditions. USA, 2011. 9 p. Disponível em: https://www.astm.org/Standards/D3080.Acesso em: 4 Dez. 2019.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6458:2016 VersãoCorrigida 2:2017: Grãos de pedregulho retidos na peneira de abertura 4,8 mm -Determinação da massa específica, da massa específica aparente e da absorção deágua. Rio de Janeiro, 2017. 10 p. Disponível em:https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=374694. Acesso em: 4 Dez. 2019.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459:2016 VersãoCorrigida:2017 : Solo - Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 2017. 5p. Disponível em: https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=369841. Acessoem: 4 Dez. 2019.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6502:1995: Rochas esolos. Rio de Janeiro, 1995. 18 p. Disponível em:https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=4050. Acesso em: 4 Dez. 2019.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7180:2016: Solo —Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 2016. 3 p. Disponível em:https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=353589. Acesso em: 4 Dez. 2019.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7181:2016 VersãoCorrigida 2:2018: Solo - Análise granulométrica. Rio de Janeiro, 2018. 12 p.Disponível em: https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=398421. Acessoem: 4 Dez. 2019.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7182:2016: Solos -Ensaio de Compactação. Rio de Janeiro, 2016. 9 p. Disponível em:https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=361659. Acesso em: 4 Dez. 2019.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9895:2016 VersãoCorrigida:2017 : Solo - Índice de suporte Califórnia (ISC) - Método de ensaio. Rio deJaneiro, 2017. 14 p. Disponível em: https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=374690. Acesso em: 4 Dez. 2019.

BARATA, Fernando Emmanuel. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS SOLOS: UmaIntrodução ao Projeto de Fundações. 1. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos eCientíficos Editora S.A, 1984. 152 p.

CAPUTO, Homero Pinto . MECÂNICA DOS SOLOS E SUAS APLICAÇÕES:Fundamentos. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.,

94

v. 1, 2015. 256 p.

CRAIG, R.F; KNAPPETT, J.A. MECÂNICA DOS SOLOS. Tradução Prof. Amir EliasAbdalla Kurban, D.Sc. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC — Livros Técnicos e CientíficosEditora Ltda, 2014. 444 p. Tradução de: Craig’s soil mechanics.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER-ES 282/97:Terraplanagem - Aterros. Rio de Janeiro, 1997. 8 p. Disponível em:ttp://joaolisboa.ma.gov.br/arquivos/licitacaoarquivo/f6d878226d759c320a6a561bd8661cf0.pdf. Acesso em: 4 Dez. 2019.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER-ME 041/94:Solos - Preparação das Amostras para Ensaios de Caracterização. Rio de Janeiro,1994. 4 p. Disponível em: http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/meetodo-de-ensaio-me/dner-me041-94.pdf. Acesso em: 4 Dez. 2019.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER-ME 080/94:Solos - Análise Granulométrica por peneiramento. Rio de Janeiro, 1994. 4 p.Disponível em: http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/meetodo-de-ensaio-me/dner-me080-94.pdf. Acesso em: 4 Dez. 2019.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER-ME 082/94:Solos - Determinação do Limite de Plasticidade. Rio de Janeiro, 1994. 3 p.Disponível em: http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/meetodo-de-ensaio-me/dner-me082-94.pdf. Acesso em: 4 Dez. 2019.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER-ME 122/94:Solos - Determinação do Limite de Liquidez. Rio de Janeiro, 1994. 7 p. Disponívelem: http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/meetodo-de-ensaio-me/dner-me122-94.pdf. Acesso em: 4 Dez. 2019.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES.Manual de Pavimentação: Publicação IPR-719. 3. ed. Rio de Janeiro: Instituto dePesquisas Rodoviárias, 2006. 274 p.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT164/2013-ME: Solos – Compactação utilizando amostras não trabalhadas – Métodode Ensaio. Rio de Janeiro, 2013. 7 p. Disponível em: http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/meetodo-de-ensaio-me/dnit164_2013-me.pdf. Acesso em: 4 Dez.2019.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT108/2009 - ES: Terraplenagem - Aterros - Especificações de Serviço. Rio de Janeiro,2009. 13 p. Disponível em: http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/especificacao-de-servicos-es/dnit108_2009_es.pdf. Acesso em: 4Dez. 2019.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT139/2010 - ES: Pavimentação – Sub-base estabilizada granulometricamente -Especificação de serviço . Rio de Janeiro, 2010. 8 p. Disponível em:http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/especificacao-de-servicos-es/dnit139_2010_es.pdf. Acesso em: 3 Nov. 2019.

95

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT141/2010 - ES: http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/especificacao-de-servicos-es/dnit141_2010_es.pdf. Rio de Janeiro, 2010. 9 p. Disponível em:http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/especificacao-de-servicos-es/dnit141_2010_es.pdf. Acesso em: 3 Nov. 2019.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES. DNIT172/2016 - ME: Solos – Determinação do Índice de Suporte Califórnia utilizandoamostras não trabalhadas – Método de ensaio. Brasília, 2016. 17 p. Disponível em:http://ipr.dnit.gov.br/normas-e-manuais/normas/meetodo-de-ensaio-me/dnit172_2016-me.pdf. Acesso em: 4 Dez. 2019.

MANTOVANI, Evandro Chartuni. Compactação do Solo. 13. ed. Belo Horizonte: Inf.Agropec., v. 13, f. 147, 1987. Disponível em:https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/66338/1/Compactacao-solo.pdf.Acesso em: 1 Nov. 2019.

MARANGON, Márcio. Mecânica dos Solos II: Resistência ao Cisalhamento dosSolos. Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia, Juiz de Fora,Dez 2018.

PINTO, Carlos de Souza. CURSO BÁSICO DE MECÂNICA DOS SOLOS: Comexercícios resolvidos. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006. 363 p.

UDESC, Universidade do Estado de Santa Catarina . Classificação dos Solos -SUCS. Laboratório de Geotecnia e Pavimentação. Santa Catarina, 2017.Disponível em:http://www.cct.udesc.br/arquivos/id_submenu/1470/classificacao_sucs_2017.pdf.Acesso em: 31 Out. 2019.

VARGAS, Milton. INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS SOLOS. São Paulo: EditoraMcGraw-Hill Ltda. , v. 1, 1977. 509 p.

ZICA, Elizeu da Silva. ESTUDO COMPARATIVO ENTRE ENERGIAS DECOMPACTAÇÃO DO SUBLEITO PARA SUBSIDIAR PROJETOS DEPAVIMENTAÇÃO. Ouro Preto, 2010. 190 p. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) -Universidade Federal de Ouro Preto, 2010. Disponível em:https://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/3082/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O_%20EstudoComparativoEnergias.PDF. Acesso em: 2 Nov. 2019.

96

ANEXO A — DIMENSÕES DOS SOQUETES E CILINDROS PADRONIZADOSUTILIZADOS NA COMPACTAÇÃO, CONFORME ABNT NBR 7182/2016.

97

98

99

Documents

VINICIUS HENRIQUE HEIDERSCHEIDT UNIVERSIDADE DO SUL DE