Análise granulométrica

A análise granulométrica das misturas foi realizada através da NBR 7181 (ABNT, 2016d), que preconiza os procedimentos para realização de análise granulométrica de solos. De acordo com a norma, procede-se da seguinte maneira:

a) Passar o material obtido pela NBR 6457 (ABNT, 2016a) na peneira nº 10 (2 mm): i. Do retido: lavar o material retido na peneira nº 10 (2 mm), colocar para secar em

estufa por 24 horas e proceder ao peneiramento grosso, fazendo uso das peneiras nº 2”, 1”1/2, 1”, 3/4”, 3/8” e 4.

ii. Do passante: tomar cerca de 120 g, no caso de solos arenosos, e 70 g para solos argilosos, quantidade que será utilizada na sedimentação e peneiramento fino. b) Sedimentação: realizada para conhecimento da fração fina (< 0,075 mm) dos solos,

faz uso de solução de hexametafosfato de sódio e aparelho dispersor, representado na Figura 25. São realizadas leituras do material em solução depositado numa proveta de vidro, por meio de densímetro de mercúrio a fim de determinar a densidade do material. Terminadas as leituras, lavar o conteúdo da proveta na peneira nº 200 (0,075 mm), colocar para secar em estufa por 24 horas e proceder ao peneiramento fino, fazendo uso das peneiras nº 16, 30, 40, 60, 100 e 200.

Da junção dos valores obtidos do peneiramento grosso, sedimentação e peneiramento fino, será formada a curva granulométrica do material. A Figura 24 mostra o ensaio de sedimentação em processo de execução.

Figura 24: Ensaio de sedimentação

Fonte: Autoria própria, 2017 3.4.1.3 Limites de consistência

Vargas (1977) afirma que para a identificação dos solos arenosos, basta o conhecimento de suas curvas granulométricas. O mesmo não ocorre com os solos finos, situação em que podem ser encontrados siltes, argilas e solos argilosos que apresentem a mesma curva granulométrica e, simultaneamente, comportamentos distintos. Isto se deve ao tamanho dos grãos dos solos finos e suas formas, que conferem a esse tipo de solo a propriedade conhecida como coesão. A coesão proporciona aos solos a capacidade de serem moldados, e a resistência oferecida à moldagem relaciona-se com o teor de umidade presente no material. A capacidade dos solos de serem moldados sem variação de volume recebe o nome de plasticidade e, como relaciona-se com a coesão, é característica pertencente ao grupo dos solos finos e uma das mais importantes propriedades das argilas.

Devido a isso, para a identificação completa de solos finos, o cientista sueco Atterberg desenvolveu o conceito de limites de consistência que, segundo Caputo (2015), são também conhecidos como Limites de Atterberg, e são compostos pelo limite de liquidez e limite de plasticidade. O limite de plasticidade representa a umidade a partir da qual o solo entra em seu estado plástico, quando pode ser moldado facilmente, conservando sua forma. Já o limite de liquidez seria a porcentagem de umidade presente no solo a partir da qual o mesmo deixa de ser plástico e passa a seu estado líquido, quando se apresenta como um fluido denso. Da

subtração entre as duas grandezas obtém-se o índice de plasticidade (IP), que fornece a faixa de umidade em que o solo se encontra no estado plástico. O esquema da Figura 25proporciona uma melhor visualização da relação entre LL, LP e IP.

Figura 25: Limites de Atterberg

Fonte: Pinto (2006, p. 25)

O limite de liquidez é determinado pela NBR 6459 (ABNT, 2016b), e baseia-se na mistura de amostra preparada conforme NBR 6457 (ABNT, 2016a), com diferentes quantidades de água, e no número de golpes do aparelho de Casagrande necessário para fechar a ranhura aberta no solo úmido, devidamente homogeneizado, com auxílio de um cinzel, conforme ilustrado na Figura 26. Após, traça-se um gráfico da umidade em função do número de golpes, e o limite de liquidez é adotado como sendo a umidade, em porcentagem, para a qual a ranhura se fecharia com 25 golpes.

Figura 26: Ensaio para determinação do limite de liquidez

O limite de plasticidade é orientado pela NBR 7180 (ABNT, 2016c) e sua determinação se dá através da moldagem manual de cilindros de solo úmido de 3 mm de diâmetro e cerca de 10 cm de comprimento, conforme apresentado na Figura 27. O limite de plasticidade é a porcentagem de umidade com a qual se consegue efetuar a moldagem do cilindro nas dimensões mencionadas.

Figura 27: Ensaio para determinação do limite de plasticidade

Fonte: Autoria própria, 2017

3.4.2 Ensaios da metodologia MCT

A metodologia MCT somente pode ser aplicada, conforme Villibor e Nogami (2009), em solos que tenham, no máximo, 10% de material retido na peneira nº 10 (2 mm). Analisadas as granulometrias das misturas, foram realizados os ensaios mencionados na Tabela 2, além do ensaio M1 para obtenção da umidade ótima e massa específica aparente seca máxima de cada mistura. Portanto, apesar da metodologia oferecer um total de 9 ensaios para caracterização de solos, serão realizados apenas os que fornecem os parâmetros necessários para análise da possibilidade de emprego dos materiais em pavimentação econômica.

3.4.2.1 Compactação mini-Proctor (M1)

De acordo com Villibor e Nogami (2009), o ensaio de compactação mini-Proctor segue os mesmos procedimentos gerais do ensaio original proposto por Proctor, com a vantagem de reduzir drasticamente a quantidade de material necessário e o esforço na execução dos golpes, e proporcionar maior exatidão e uniformidade nos corpos de prova compactados.

Pode-se encontrar os procedimentos para realização do ensaio em Villibor e Nogami (2009), ou na DNER – ME 228/94 (DNIT, 1994a), baseada nas teorias dos referidos autores. De acordo com a DNER – ME 228/94 (DNIT, 1994a), são misturadas 5 amostras de 500 g de material passante na peneira nº 10 (2 mm) com quantidades crescentes de água. As amostras são deixadas em câmara úmida por 12 horas para a perfeita percolação da água pelos vazios do solo, e após são compactadas em aparelho compactador representado na Figura 28, da seguinte maneira: 4 golpes (argilas, solos argilosos), 5 golpes (siltes, solos siltosos e arenosos) de cada lado do corpo de prova com o soquete de 2,270 Kg (tipo leve) para energia normal; 6 golpes de cada lado do corpo de prova com o soquete de 4,540 Kg (tipo pesado) para energia intermediária. A Figura 29 apresenta os corpos de prova oriundos do ensaio M1.

Os resultados do ensaio M1 são apresentados na forma de um gráfico onde são plotados os valores de umidade das amostras no eixo das abscissas, e valores de massa específica aparente seca (MEAS) no eixo das ordenadas. O objetivo do ensaio é identificar a umidade para a qual a amostra apresenta maior MEAS (MEASmáx), denominada umidade ótima (Ho), e que representa a quantidade de água com que deve ser compactada a camada de pavimento com o respectivo material (DNIT, 1994a).

Figura 28: Aparelho compactador

Figura 29: Corpos de prova após compactação no ensaio M1

Fonte: Autoria própria, 2017 3.4.2.2 Mini-CBR e expansão (M2)

Villibor e Nogami (2009) afirmam que o procedimento é semelhante ao do ISC original, porém, assim como o M1, utiliza uma quantidade substancialmente inferior de material. O mini- CBR requer a adaptação da tradicional prensa utilizada no ensaio ISC, através da inserção de anel dinamométrico com capacidade de cerca de 400 gf (4 N) e extensômetro com precisão de 0,01 mm.

O ensaio é normatizado pela DNER – ME 254/97 (DNIT, 1997), que estabelece que os corpos de prova utilizados são obtidos do mini-Proctor (M1), e podem ser rompidos na condição de imersos ou não imersos. Para utilização dos resultados para fins rodoviários, o ensaio deve ser realizado com sobrecarga, que simula as cargas transmitidas pelas camadas superiores do pavimento. Para realização do ensaio com corpo de prova imerso, é montado um sistema com armação em torno do molde que possui suporte para posicionamento de um extensômetro, representado na Figura 30, que irá medir a expansão do corpo de prova durante seu período submerso, em torno de 20 horas. É feita uma leitura inicial (Li) do extensômetro logo após a imersão, e a leitura final (Lf) após 20 horas submerso. O molde com o corpo de prova pode, então, ser transferido para a prensa de rompimento, conforme demonstrado na Figura 31. A partir daí, o ensaio segue os mesmos procedimentos dos corpos de prova não imersos.

Figura 30: Corpos de prova imersos para o ensaio M2

Fonte: Autoria própria, 2017

Figura 31: Corpo de prova na prensa de rompimento

O rompimento dos corpos de prova não imersos ocorre cerca de 1 hora após a compactação. O molde é transferido para a prensa, é ajustada a altura do prato da prensa de maneira que a ponta do pistão encoste no topo do corpo de prova, e é iniciado o processo de rompimento através da operação manual da manivela do macaco. Devem ser feitas as leituras correspondentes às seguintes penetrações: 0,25 mm, 0,5 mm, 0,75 mm, 1 mm, 1,25 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm, 3,5 mm, 4 mm, 4,5 mm e 5 mm.

A expansão é expressa em porcentagem e calculada a partir da Fórmula 11:

𝐸𝑥𝑝 =𝐿𝑓−𝐿𝑖

𝐿𝑜 ∗ 100 [%] (11)

Onde:

Lo = altura inicial do corpo de prova Lf, Li e Lo são medidas em mm

O valor do mini-CBR pode ser obtido por dois métodos:

a) Método das correlações (DNER – ME 254/97 (DNIT, 1997) e Villibor e Nogami (2009)), utilizando as Fórmulas 12 e 13:

log (𝑚𝑖𝑛𝑖 − 𝐶𝐵𝑅) = −0,254 + 0,896 ∗ log 𝐶1 (12)

log (𝑚𝑖𝑛𝑖 − 𝐶𝐵𝑅) = −0,356 + 0,937 ∗ log 𝐶2 (13)

Onde:

C1 e C2 são as cargas em kgf correspondentes às penetrações de 2 mm e 2,5 mm, respectivamente

Adotar o maior dos dois valores.

b) Método das cargas padrão (Villibor e Nogami (2009)), fazendo uso das Fórmulas 14 e 15: 𝑚𝑖𝑛𝑖 − 𝐶𝐵𝑅 = 100∗𝐶𝑝1 72,6∗2 (14) 𝑚𝑖𝑛𝑖 − 𝐶𝐵𝑅 = 100∗𝐶𝑝2 108,9∗2 (15) Onde:

Cp1 e Cp2 são as cargas em kgf correspondentes às penetrações de 0,84 mm e 1,70 mm, respectivamente

3.4.2.3 Contração axial (M3)

O ensaio de contração, segundo Villibor e Nogami (2009), é um dos mais importantes para análise de comportamento de solos tropicais em pavimentação, pois o clima tropical, com elevadas temperaturas e grande insolação, acelera a perda de água nas camadas de solos compactados, contribuindo para uma possível retração volumétrica significativa. A referência para execução do ensaio é a bibliografia de Villibor e Nogami (2009).

O procedimento é bem simples: posiciona-se uma placa de pedra porosa na extremidade inferior de um corpo de prova compactado de acordo com o ensaio M1, e uma placa de alumínio na extremidade superior para servir de apoio ao pistão do extensômetro, e deixa-se o conjunto secando ao ar livre, conforme mostra a Figura 32,evitando exposição ao sol ou correntes de ar. São efetuadas leituras no extensômetro a fim de determinar a contração do corpo de prova por meio da diminuição de sua altura. A primeira leitura deve ser feita imediatamente após a montagem do conjunto e é adotada como leitura inicial (Li). As demais leituras são efetuadas de hora em hora e, após algumas horas, o espaçamento pode ser aumentado. A leitura final (Lf) é a obtida após 14 horas de ensaio, e a contração axial (Ct) é calculada pela Fórmula 16:

𝐶𝑡 = 𝐿𝑓−𝐿𝑖

𝐿𝑜 ∗ 100 [%] (16)

Onde:

Lo = altura inicial do corpo de prova Lf, Li e Lo são medidas em mm

Figura 32: Corpos de prova no ensaio M3

3.4.2.4 Infiltrabilidade e permeabilidade (M4)

Villibor e Nogami (2009) caracterizam o ensaio de infiltrabilidade como a tentativa de prever a ocorrência do fenômeno nas camadas dos pavimentos em campo, principalmente logo após a compactação. O ensaio consiste na montagem de um sistema, conforme Figura 33, composto de: molde com corpo de prova compactado conforme ensaio M1, disposto sobre placa de pedra porosa sobre recipiente basal com abertura para receber a ligação de um tubo de vidro horizontal de diâmetro interno de cerca de 5 mm e comprimento de 1000 a 4000 mm, cheio de água, que contenha escala em milímetros para permitir a leitura da posição do menisco com o passar do tempo. São efetuadas leituras em n2 minutos, com n variando entre 1 e 20, ou seja, em 1, 4, 9, 16, 25,..., 400 minutos. A última leitura é efetuada quando o deslocamento do menisco no interior do tubo estabilizar, o que geralmente ocorre após 23 horas. Através da Figura 34 pode-se observar o ensaio de infiltrabilidade em andamento.

Os resultados são representados em forma de gráfico, onde plotam-se, no eixo das abscissas, os tempos das leituras em minutos, e no eixo das ordenadas, as leituras (em cm) do menisco no tubo horizontal. Os pontos devem se alinhar conforme uma reta inclinada. A intersecção da reta obtida com a horizontal dará o tempo de ascensão (ta) em minutos. O coeficiente de sorção d’água (S) é dado pela Fórmula 17:

𝑆 = (𝐿2−𝐿1)∗𝑆𝑡

(√𝑡2−√𝑡1)∗𝑆𝑝 [𝑐𝑚 √𝑚𝑖𝑛⁄ ] (17)

Onde:

L1 e L2 = são pontos da reta (cm) que passa pela origem e correspondentes aos tempos t1 e t2, da mesma reta, expressos em minutos

St = seção interna média do tubo horizontal (cm2₎

Figura 33: Sistema para ensaio de infiltrabilidade

Fonte: Villibor e Nogami (2009, p. 261) Figura 34: Corpo de prova no ensaio de infiltrabilidade

Fonte: Autoria própria, 2017

A permeabilidade, diferente da infiltrabilidade, como dissertam Villibor e Nogami (2009), necessita de um corpo de prova saturado e em regime permanente, condições dificilmente observadas em campo, nas camadas dos pavimentos. Portanto, o ensaio de permeabilidade é considerado opcional para previsão do comportamento de SAFLs em bases e

sub-bases de pavimentos. Optou-se por realizar o ensaio e obter mais um parâmetro para análise dos solos.

O ensaio requer o posicionamento do molde com corpo de prova compactado de acordo com ensaio M1 sobre uma placa porosa sobre recipiente basal, do mesmo modo que na infiltrabilidade, mas com a diferença de possuir uma rolha de borracha perfurada selando a abertura superior do molde. Através da rolha de borracha é possível fazer a ligação da bureta de vidro vertical, com escala milimétrica, ao molde fazendo uso de um tubo flexível. O esquema da Figura 35representa a montagem do ensaio, e a Figura 36apresenta a execução.

Figura 35: Sistema para ensaio de permeabilidade

Figura 36: Corpo de prova no ensaio de permeabilidade

Fonte: Autoria própria, 2017

São realizadas leituras da posição do menisco (Hi) na bureta nos tempos de 10, 20, 30, 40 e 60 minutos, para solos de alta permeabilidade. Para solos de baixa permeabilidade, devem ser acrescentadas as leituras nos tempos de 80, 120, 240 e 300 minutos, ou até esgotar o volume de água na bureta. Representam-se os resultados em gráfico com as leituras Hi, em escala logarítmica, no eixo das ordenadas, e o tempo nas abscissas, em escala linear. O coeficiente de permeabilidade (K), é calculado pela Fórmula 18:

𝐾 = 2,3∗𝑎∗𝑆𝑏 60∗𝑆𝑝∗𝑡 ∗ log 𝐻1 𝐻2 (18) Onde: K = permeabilidade (cm/s)

a = altura do corpo de prova em cm Sb = seção interna média da bureta (cm2₎

Sp = seção do corpo de prova (cm2₎

H1 = nível do menisco, correspondente ao tempo t1 (mm) H2 = nível do menisco, correspondente ao tempo t2 (mm) t = t2 – t1 (min)

3.4.2.5 Compactação mini-MCV (M5)

A compactação mini-MCV é, segundo Villibor e Nogami (2009), baseada no método de compactação proposto por Parsons, no Road Research Laboratory da Grã-Bretanha, em 1976, e é utilizado para obter a nova propriedade geotécnica MCV (moisture condition value), com a finalidade de classificar solos tropicais.

O ensaio é normatizado, no Brasil, pela DNER – ME 258/94 (DNIT, 1994), e consiste na compactação de 200 g de solo, obtido da mesma maneira que para realização do ensaio M1, com a série de golpes proposta por Parsons, cujos números de golpes são: 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 32, 48, 64, 96, 128, 192 e 256, realizando leituras para determinação da altura do corpo de prova após cada número de golpes da série e interrompendo o processo quando a diferença entre a leitura obtida após 4n golpes e a obtida após n golpes for menor que 2 mm. Traçam-se, então, as curvas de compactação para os números de 4, 6, 8, 12 e 16 golpes, plotando, no eixo x, os valores de umidade de compactação (Hc) e, no eixo y, os valores de massa específica aparente seca (MEAS), totalizando 5 curvas. Das curvas de compactação se obtém o parâmetro

d’, calculado para a curva de 12 golpes por meio da Fórmula 19. Traçam-se, também, as curvas

de deformabilidade ou curvas mini-MCV, representando, no eixo y, os valores da variação de altura an = An-A4n do corpo de prova para cada número de golpes e, no eixo x, o número de golpes em escala logarítmica. Das curvas mini-MCV se obtém os parâmetros mini-MCV e c’ através as Fórmulas 20 e 21, respectivamente.

𝑑′ = ∆𝑀𝐸𝐴𝑆 ∆𝐻𝑐 (19) 𝑀𝑖𝑛𝑖 − 𝑀𝐶𝑉 = 10 ∗ log 𝐵 (20) 𝑐′ ₌ ∆𝑎𝑛 ∆𝑀𝑖𝑛𝑖−𝑀𝐶𝑉 (21) Onde:

B = número de golpes obtido da intersecção entre as curvas Mini-MCV e uma reta de ordenada an = 2 mm