UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
ANDERSONCACIATORRAMOS JÚLIOCÉSARDASILVA
UTILIZAÇÃODEADITIVOPARAAUMENTODACAPACIDADEDESUPORTEDESOLOSUTILIZADOSEM PAVIMENTAÇÃO: UMEXEMPLODECASOAPARTIRDOPRODUTOUNDERBOLDDAEMPRESARODOVIAS
ECOLÓGICAS
Palhoça 2018
ANDERSONCACIATORRAMOS JÚLIOCÉSARDASILVA
UTILIZAÇÃODEADITIVOPARAAUMENTODACAPACIDADEDESUPORTEDESOLOSUTILIZADOSEM PAVIMENTAÇÃO: UMEXEMPLODECASOAPARTIRDOPRODUTOUNDERBOLDDAEMPRESARODOVIAS
ECOLÓGICAS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Engº Huri Alexandre Raimundo.
Palhoça 2018
ANDERSONCACIATORRAMOS JÚLIOCÉSARDASILVA
UTILIZAÇÃODEADITIVOPARAAUMENTODACAPACIDADEDESUPORTEDESOLOSUTILIZADOSEM PAVIMENTAÇÃO: UMEXEMPLODECASOAPARTIRDOPRODUTOUNDERBOLDDAEMPRESARODOVIAS
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço а Deus qυе permitiu qυе tudo isso acontecesse, ао longo dе nossas vidas е nãо somente nestes anos como universitário mas sim por tudo que nos vem proporcionado, à Instituição pelo ambiente criativo е amigável quе proporciona, ao professor Huri, pela orientação, apoio е confiança.
Um agradecimento especial também à nossa família e esposas por todo apoio durante todos esses anos de estudo e que nоs momentos dе minha ausência dedicados ао estudo superior, sеmprе fizeram entender quе о futuro é feito а partir dа constante dedicação nо presente.
Um grande agradecimento também à Souza Papaleo, em especial ao Engº Luiz Carlos Ferreira de Souza pelo apoio incondicional em nossa formação, dedicando seu tempo e nos passando seu conhecimento de anos de experiência nos auxiliando em todo e qualquer desafio encontrado durante todos esses anos.
A todos quе direta оu indiretamente fizeram parte da nossa formação, о nosso muito obrigado.
RESUMO
Na execução de um pavimento o solo pode ser considerado um item com fundamental importância, uma vez que com a obtenção das suas mais diversas características os processos construtivos assim como o dimensionamento sofre alterações. Diante do exposto, o trabalho a seguir se propõem a realizar um estudo de caso para analisar a melhoria de desempenho do solo em questão com o aditivo Underbold o qual, por sua vez, trata-se de um aditivo líquido com objetivo de proporcionar aumento na resistência do solo, promovendo um maior valor no índice de suporte - CBR - acarretando em alterações quanto ao dimensionamento do pavimento. A ponto de se analisar a eficácia do produto foi efetuada uma pesquisa teórica bibliográfica, ensaios em laboratório, análise de dimensionamento e viabilidade financeira do uso do produto. Através da comparação de resultados do melhoramento do solo em relação ao material natural e melhorado com 2% de cimento, foi possível observar que o Underbold oferece aumento do suporte de carga do solo e viabilidade econômica quanto ao seu uso.
ABSTRACT
In the execution of a floor the soil can be considered an item with fundamental importance, since with the obtaining of its most diverse characteristics the constructive processes as well as the sizing undergoes changes. In view of the above, the following work proposes to carry out a case study to analyze the performance improvement of the soil in question with the Underbold additive which, in turn, is a liquid additive in order to provide an increase in resistance of the soil, promoting a higher value in the support index - CBR - resulting in changes in soil pavement. To the point of analyzing the efficacy of the product, a theoretical bibliographic research, laboratory tests, analysis of sizing and financial feasibility of the use of the product were carried out. By comparing soil improvement results in relation to the natural material and improved with 2% cement, it was possible to observe that the Underbold offers increased soil load support and economical feasibility in its use.
LISTADE ILUSTRAÇÕES
Figura 01 - Determinação de espessuras do pavimento 32
Figura 02 - Dimensionamento do pavimento 32
Figura 03 - Underbold envolvendo partículas de solo 38
Figura 04 - Mistura de Underbold ao solo 38
Figura 05 - Compactação do conjunto solo, Underbold, água e aglomerante 39 Figura 06 - Localização da coleta do material para análise 44 Figura 07 - Rua na qual realizou-se a coleta do material para análise 44
Figura 08 - Secagem ao ar do material para ensaio 45
Figura 09 - Distribuição das camadas - solo natural 63
Figura 10 - Distribuição das camadas - solo natural melhorado com cimento 65 Figura 11 - Distribuição das camadas - solo natural melhorado com cimento e Underbold 67
Quadro 01 - Dados da curva de compactação - solo natural 47 Quadro 02 - Dados da curva de compactação - solo natural melhorado com cimento 48 Quadro 03 - Dados da curva de compactação - solo natural melhorado com cimento e
Underbold 50
Quadro 04 - Leituras de penetração de ensaio de CBR - solo natural 52
Quadro 05 - Resultados de CBR - solo natural 53
Quadro 06 - Leituras de penetração de ensaio de CBR - solo natural melhorado com cimento 53 Quadro 07 - Resultados de CBR - solo natural melhorado com cimento 54 Quadro 08 - Leituras de penetração de ensaio de CBR - solo natural melhorado com cimento e
2% Underbold 54
Quadro 09 - Resultados de CBR - solo natural melhorado com cimento e 2% Underbold 55 Quadro 10 - Leituras de penetração de ensaio de CBR - solo natural melhorado com cimento e
4% Underbold 55
Quadro 11 - Resultados de CBR - solo natural melhorado com cimento e 4% Underbold 56
Quadro 12 - Resultados da expansão 56
Quadro 14 - Espessura mínima de revestimento betuminoso 62
Gráfico 01 - Curva de compactação do solo natural 47
Gráfico 02 - Curva de compactação do solo natural melhorado com cimento 49 Gráfico 03 - Curva de compactação do solo natural melhorado com cimento e
Underbold 50
Gráfico 04 - Comparativo das curvas de compactação 51
Gráfico 05 - Curva granulométrica 58
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 11 1.1. OBJETIVOS 12 1.1.1. Objetivo Geral 12 1.1.2. Objetivo Específico 12 1.2. JUSTIFICATIVA 13 1.3. ESTRUTURA DO TRABALHO 15 2. REFERENCIAL TEÓRICO 16 2.1. SOLOS 16
2.1.1. Principais tipos de Solos 17
2.1.1.1. Areia 18
2.1.1.2.Argila 19
2.1.1.3. Silte 19
2.1.2. Ensaios em Solo 20
2.1.2.1. Caracterização 20
2.1.2.1.1. Análise Granulométrica do solo 20
2.1.2.1.1.1. Ensaio de peneiramento 21
2.1.2.1.1.2. Ensaio de sedimentação 22
2.1.2.1.2. Massa Específica 23
2.1.2.1.3. Determinação dos Limites de Liquidez e Plasticidade 23
2.1.2.2. Índice de Suporte Califórnia (CBR) 24
2.2. PAVIMENTOS 24
2.2.1. Camadas do Pavimento 25
2.2.1.2. Reforço de subleito 26
2.2.1.3. Sub-base 27
2.2.1.4. Base 27
2.2.1.5. Revestimento 28
2.2.2. Dimensionamento de Pavimentos 29
2.2.3. Equipamentos Utilizados para Realização de Pavimentos 33
2.3. ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS 34
2.3.1. Tipos de Estabilização (locais) 34
2.3.1.1. Estabilização mecânica e granulométrica 35
2.3.1.2. Estabilização química 36
2.3.1.2.1. Solo-cimento 36
2.3.1.2.2. Underbold 37
3. METODOLOGIA 40
3.1. CARACTERIZAÇÃO DO TIPO DE PESQUISA 40
3.2. ETAPAS 40
3.3. DELIMITAÇÕES 41
3.4. RECURSOS 42
4. DESENVOLVIMENTO DOS ENSAIOS 43
4.1. DEFINIÇÃO DO LOCAL PARA ESTUDO DE CASO 43
4.2. COLETA E PREPARO DO MATERIAL À SER ESTUDADO (SOLO) 43
4.3. ENSAIOS REALIZADOS 45
4.3.1. Curva de compactação 46
4.3.1.1. Solo natural 46
4.3.1.2. Solo natural melhorado com 2% de cimento 48 4.3.1.3. Solo natural melhorado com 2% de cimento e Underbold 49
4.3.2. CBR - Índice de Suporte Califórnia 51
4.3.2.1. Solo natural 52
4.3.2.2. Solo natural melhorado com 2% de cimento 53 4.3.2.3. Solo natural melhorado com 2% de cimento e 2% Underbold/Água 54 4.3.2.4. Solo natural melhorado com 2% de cimento e 4% Underbold/Água 55
4.3.3. Expansão 56
4.3.4. Granulometria 57
4.3.5. Limite de liquidez e plasticidade 58
5. ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS 60
5.1. DIMENSIONAMENTO DO PAVIMENTO E VIABILIDADE ECONÔMICA 61
5.1.1. Solo natural 62
5.1.2. Solo melhorado com 2% de cimento 64
5.1.3. Solo melhorado com 2% de cimento e Underbold 66
6. CONCLUSÃO 68
6.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 70
REFERÊNCIAS 71
1 INTRODUÇÃO
Os egípcios foram os primeiros povos a construírem e constatarem a importância de estradas, a qual eles utilizavam para a o transporte de blocos de pedra na construção das pirâmides do rei Quéops, como mencionado pelo historiador grego Heródoto. (MODERNELL, 1986)
Já no Brasil, segundo Lessa (2005), as primeiras rodovias modernas são datadas da década de 20, construídas pelo então governador de São Paulo, Washington Luís. A expansão da malha viária brasileira foi muito intensificada pelo Presidente Juscelino Kubitschek nas décadas de 40 e 50 e se tornaram, desde então, o principal meio de transporte de carga e pessoas em nosso país.
Com base em CNT (2018), a qualidade do pavimento influencia diretamente no desempenho do transporte rodoviário e economia do País. Essa piora está associada ao tempo de vida do pavimento, mas também nas características do tráfego que nelas passam.
Ainda segundo o autor, CNT (2018), patologias ao revestimento asfáltico não necessariamente está associada a sua má qualidade ou erros em sua execução, mas também nas camadas construtivas que compõem uma rodovia, como qualidade do solo do subleito e camadas superiores.
Entende-se, com isso, que a utilização de materiais de qualidade se justifica pelo fato do setor rodoviário ser de suma importância para o transporte de cargas no Brasil.
Para tratar esse tipo de problema, uma vez constatado previamente que o solo não possui uma capacidade mecânica para atender as especificações de projeto, deve-se realizar alterações no mesmo ou no solo o qual se deseja trabalhar, melhorando suas características através de sua substituição ou estabilização. (LEAL, 2003)
Ainda segundo Leal (2003), quando se opta pela retirada do solo deve-se analisar se o método é compensatório pois o mesmo depende muito do transporte de materiais e da disponibilidade do mesmo na região.
Quando é utilizada a estabilização e melhoramento do solo com cimento, mais conhecido como solo-cimento, tem-se acesso a ampla literatura sobre o assunto, já quando trata-se de outros estabilizantes químicos não se encontra muita informação.
Neste contexto, levanta-se a discussão sobre a utilização de estabilizantes químicos, mais especificamente o produto Underbold oferecido pela empresa Ecosoil - Rodovias Ecológicas, para melhoramento de solos utilizados na pavimentação rodoviária, realizando uma pesquisa quanto às características modificadas, bem como uma análise da viabilidade de utilização quando comparado com os resultados da estabilização com solo-cimento.
1.1 OBJETIVOS
São apresentados, a seguir, os objetivos deste trabalho, sendo estes divididos em objetivo geral e objetivos específicos.
1.1.1 Objetivo Geral
O trabalho tem por objetivo estudar a utilização do aditivo UNDERBOLD para melhoramento de solos e a viabilidade no emprego de estruturas de pavimentação.
1.1.2 Objetivo Específico
Os objetivos específicos deste trabalho são:
● Definir um trecho viário que seja possível comparar o emprego do solo local em condição compactada, com o emprego do mesmo solo estabilizado quimicamente;
● Caracterizar do ponto de vista geotécnico o solo definido para Estudo de Caso;
● Estudar a técnica de emprego do aditivo UNDERBOLD;
● Caracterizar geotecnicamente o solo de referência melhorado com adição de cimento, na taxa de 2%;
● Caracterizar geotecnicamente o solo de referência melhorado com adição de cimento (2%) e UNDERBOLD;
● Dimensionar um pavimento para as condições de subleito definidas na caracterização geotécnica para as 3 possibilidades (solo local compactado, solo-cimento, solo-cimento com adição de UNDERBOLD;
● Comparar os resultados encontrados;
● Definir os custos de cada alternativa de pavimentação; ● Realizar a avaliação Técnica-Econômica das alternativas;
● Verificar a viabilidade do uso do UNDERBOLD para as condições de contorno.
1.2 JUSTIFICATIVA
O solo é um item de fundamental importância quando estudamos pavimentação, visto que é ele o principal parâmetro pelo dimensionamento das diversas camadas encontradas no pavimento. Segundo Cristelo (2001), não é difícil se deparar com solos os quais não cumprem as especificações necessárias para o pavimento o qual se deseja instalar em um determinado local, visto que, com isso, deve-se tomar uma das seguintes decisões:
● Realizar um ajuste ao projeto feito aceitando, assim, o material encontrado no local;
● Realizar a substituição do material encontrado por outro com melhores características;
● Realizar a alteração das características e propriedades do solo existente fazendo com que o mesmo se adeque ao projeto proposto.
Cristelo (2001) afirma, ainda, que a alteração das propriedades do solo a fim de fazer com que o mesmo atenda as especificações do projeto é, normalmente, designada como “Estabilização de Solos”.
PCA (2017, tradução nossa) salienta que a utilização de solos estabilizados pode oferecer uma economia financeira considerável quando comparada com a substituição do solo, incluindo todos os custos associados como materiais, transporte, espalhamento, compactação, acabamento, etc.
Com a ampla quantidade de materiais existentes, com suas mais diversificadas características, faz-se necessário o estudo de seu comportamento através de ensaios geotécnicos. Mapa da obra (2017) confirma, ainda, que a geotecnia tem como objetivo oferecer ao projetista um estudo dos fenômenos geológicos-geotécnicos que podem ocorrer quanto a interação das solicitações da obra a qual será implantada.
Um dos principais indicadores para a realização do dimensionamento de pavimentos é o Índice de Suporte Califórnia (ISC), ensaio comumente conhecido como CBR. Rossi (2017) informa ainda que a norma DNIT 172/2016 – ME define os procedimentos para determinação de tal índice.
Com base nas informações acima citadas, pode-se salientar que a aquisição de informações a respeito de qualquer característica dos materiais utilizados são de extrema importância para tomada de qualquer decisão. Com isso, Braga (2000) afirma que:
A informação tornou-se uma necessidade crescente para qualquer sector da actividade humana e é-lhe indispensável mesmo que a sua procura não seja ordenada ou sistemática, mas resultante apenas de decisões casuísticas e/ou intuitivas. (BRAGA, 2000).
Com essa forma de pensar, percebe-se que a aquisição de informações através de ensaios, os quais indicam as características dos materiais que estão sendo utilizados em uma determinada obra, podem auxiliar na tomada de decisões dos gestores quanto a movimentação e/ou estabilização dos diversos tipos de solos encontrados, sendo nesse aspecto que este trabalho se justifica.
A justificativa para o trabalho reside no fato de que existem técnicas, como a do UNDERBOLD, que visam aumentar a resposta comportamental do solo frente a problemas
comumentemente comuns em subleitos rodoviários, como baixo suporte, expansibilidade ou sensibilidade à variação do teor de umidade. Poder entendê-las, analisar seu impacto no projeto do pavimento e verificar o reflexo financeiro de sua aplicação frente a soluções convencionais pode representar um avanço quando depara-se com solos cujo comportamento ruim já é esperado, mas pode-se lançar mão de estabilização com ganhos no projeto que podem representar maior sucesso no que se refere a durabilidade do pavimento.
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO
Este trabalho é dividido em 6 capítulos os quais são descritos a seguir:
O Capítulo 1 tem por objetivo a apresentação da introdução, da justificativa e dos objetivos geral e específicos deste trabalho.
No Capítulo 2, apresenta-se a revisão bibliográfica, cujo conteúdo aborda os fundamentos necessários para o desenvolvimento deste trabalho.
Já no Capítulo 3, são apresentados os métodos e caracterização do tipo de pesquisa utilizada neste trabalho, assim como são apresentadas as etapas para a elaboração do mesmo, suas delimitações, recursos e arquitetura do sistema proposto.
No Capítulo 4 são apresentados o desenvolvimento dos ensaios realizados neste trabalho bem como os resultados obtidos nos diferentes cenários analisados.
Já no Capítulo 5 pode-se encontrar a análise dos resultados obtidos junto ao dimensionamento do pavimento com as diferentes técnicas propostas neste trabalho.
Por fim, o Capítulo 6 apresenta as conclusões obtidas com o desenvolvimento deste trabalho assim como sugestões de trabalhos futuros.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 SOLOS
Segundo EMBRAPA (2006), o solo é uma coleção de corpos naturais, constituídos por partes sólidas, líquidas e gasosas, tridimensionais, dinâmicos, formados por materiais minerais e orgânicos que ocupam a maior parte do manto superficial das extensões continentais do nosso planeta, contém matéria viva e podem ser vegetados na natureza onde ocorrem e, eventualmente, terem sido modificados por interferências antrópicas.
DNIT (2006), afirma também que o solo trata-se de um material não consolidado proveniente da decomposição de rochas pela ação de agentes de intemperismo. Quando analisado voltado para pavimentação rodoviária, ainda segundo DNIT (2006), pode-se considerar como sendo solo todo material orgânico ou inorgânico, inconsolidado ou parcialmente cimentado, podendo este, ainda, ser escavado sem a necessidade de explosivos e encontrado na superfície da terra.
Sendo proveniente da decomposição das rochas ou da sedimentação não consolidada dos grãos, o solo pode ter, ou não, matéria orgânica em sua composição. Os solos podem ser classificados pela textura, granulometria, plasticidade, consistência, compacidade, estrutura, forma dos grãos, cor, cheiro, friabilidade, presença de outros materiais (conchas, matéria vegetal, mica, etc) (ALMEIDA, 2005).
Quando se fala de engenharia civil, Santos (2012) relata que o solo é um elemento definido como material escavável o qual perde sua resistência quando em contato com água, sendo indispensável o ato de se explorar as características desse material antes de sua utilização, identificando a natureza e a composição do mesmo, entendendo, com isso, seu comportamento e suas propriedades físicas. Uma vez em posse de todos os dados que caracterizam o solo, pode-se aferir a adequabilidade de seu uso.
Pinto (2011) afirma também que deve-se considerar a análise do comportamento dos solos, uma vez que neles estão assentadas todas as obras de Engenharia Civil, sendo que todo o conhecimento e levantamento de dados que se pode ter a respeito desse tipo de material
deve-se aos trabalhos realizados por Karl Terzaghi, Engenheiro com larga experiência em mecânica dos solos, sendo reconhecido internacionalmente pelos seus estudos.
Conforme afirmações de Santos (2012), a água é um dos elementos os quais causam redução da resistência dos solos. Pinto (2011) salienta, também, que a água é responsável por ocupar a totalidade, ou parte, dos vazios presentes em um determinado solo, sendo o deslocamento realizado por ela no interior do material o responsável por, ainda segundo o autor, alguns problemas práticos como:
● Estimativa da quantidade de água que se infiltra em uma escavação;
● Análise dos recalques (abaixamento do solo) relacionados com a expulsão da água dos vazios presentes no material;
● Análise da estabilidade do solo, uma vez que a resistência do mesmo depende da pressão provocada pela água e também das tensões provocadas pela percolação da mesma.
Pinto (2011) destaca, ainda, que os estudos de Karl Terzaghi identificaram o papel das pressões na água das tensões nos solos, atentando, também, que o estudo desse material é de fundamental importância para todas as obras de Engenharia Civil.
2.1.1 Principais tipos de Solos
A seguir são apresentados alguns tipos de solos encontrados e manipulados na engenharia civil, utilizados como base para a inspiração deste trabalho: (i) areia, (ii) silte e (iii) argila.
2.1.1.1 Areia
Campos (2013) afirma que solos arenosos são aqueles em que se predomina a areia frente a outros materiais, sendo esta composta de grãos grossos, médios e finos. Salienta ainda que tais grãos são de visibilidade a olho nú e que a principal característica desse tipo de solo é a inexistência de coesão entre os grãos, sendo assim, facilmente separáveis. Das (2007) informa que as areia são formadas em sua maior parte por minerais de quartzo e feldspato, tendo a presença de outros grãos minerais com menor incidência.
Em Das (2007), pelo sistema American Association of State Highway and
Transportation Officials (AASHTO), areia é definida pela fração de grãos que passa na
peneira nº10 (2mm) e fica retida na peneira nº200 (0,075mm). Já para a classificação de solos granulares, de acordo com AASHTO, são os solos dos quais 35% das partículas, ou menos, passam pela peneira nº 200, tendo como característica de qualidade geral de excelente a boa como uso no subleito para construção de rodovias.
Segundo Fernandes (2011), devido a característica dos solos granulares limpos (areias e cascalhos sem finos) terem uma alta permeabilidade, estes sofrem menor variação em relação a compactação com diferentes teores de umidade. Sendo assim uma diferenciação bem pronunciada aos solos com presença de finos em sua composição, estes tendo uma variação de compactação bem definida quanto a variação do teor de umidade. Os solos granulares, em determinadas situações, podem sofrer uma redução na sua capacidade de compactação quando do aumento da umidade, esse fato pode ser explicado devido às tensões efetivas associadas a capilaridade, resistindo aos esforços de compactação e dificultando a acomodação dos grãos.
Das (2007) também afirma que:
Para areias, o peso específico seco apresenta uma tendência geral de, primeiro, decrescer à medida que o teor de umidade aumenta e, depois, elevar-se até um valor máximo, enquanto a umidade continua a aumentar. O decréscimo inicial do peso específico seco, com o aumento do teor de umidade, pode ser atribuído ao efeito da tensão capilar. No caso dos teores de umidade menores, a tensão capilar na água intersticial inibe a tendência das partículas do solo de se mover e se dispor em uma formação mais compacta. (DAS, 2007).
2.1.1.2 Argila
Para a caracterização de solos argilosos, Campos (2013) afirma que estes são caracterizados pela presença de grãos microscópicos em sua composição, possuem coloração viva e são altamente impermeáveis. Devido a essa característica de impermeabilidade, esse tipo de solo é o mais empregado para a construção de pequenas barragens de terra, desde que, atendidos os parâmetros de compactação. Devido ao tamanho de seus grãos, o solo argiloso é fácil de ser moldado, quando com água, é altamente coesivos e plástico.
Das (2007) em análise a tabela da AASHTO, afirma que argilas são classificadas como as partículas menores que 0,002mm, podendo também, em alguns casos, serem aceitas as partículas entre 0,002mm a 0,005mm como tal. As Argilas também são definidas como partículas que apresentam plasticidade quando na presença de água.
2.1.1.3 Silte
Siltes são partículas microscópicas compondo grãos finos de quartzo e fragmentos de minerais diversos, sendo algumas partículas em forma de placas, Das (2007). A AASHTO delimita o tamanho dos grãos de silte entre 0,075mm a 0,002mm, sendo um intermediário entre os solos granulares e argilosos.
Para Campos (2013), o silte é a parcela de solo entre a areia e a argila, sendo o “primo pobre” entre esses materiais. Por ser fino como a argila, o silte é um pó, porém não tem propriedade coesivas nem plasticidade aparente quando misturado a água. Devido a isso, estradas feitas com material siltoso tendem a formação de barro em épocas de chuva e de poeira em climas mais secos. Ainda segundo Campos (2013), cortes feitos em terreno siltoso tem dificuldades de estabilização prolongada, ficando sensíveis ao processo de erosão natural, exigindo cuidados especiais e mais manutenção.
2.1.2 Ensaios em Solo
Segundo Buffon (2014), a realização do estudo dos solos é de fundamental importância, ainda mais quando o mesmo será utilizado para pavimentação. O autor ainda afirma que a importância da realização de ensaios se dá pelo fato de se conseguir obter conhecimento sobre as propriedades e características do material estudado, proporcionando, com isso, uma ampla gama de opções para sua utilização em diferentes meios.
São apresentados a seguir os ensaios utilizados como base para inspiração deste trabalho: (i) ensaios de caracterização, (ii) determinação da curva de compactação, (iii) índice de suporte califórnia (CBR), (iv) ensaio de compactação “in situ” e (v) determinação do grau de compactação e desvio de umidade.
2.1.2.1 Caracterização
Este capítulo tem por objetivo apresentar os diferentes métodos para a caracterização do solo.
2.1.2.1.1 Análise Granulométrica do solo
O principal objetivo do ensaio é a obtenção da distribuição granulométrica do solo, fazendo essa representação através de uma curva, chamada de curva granulométrica, com isso, possibilitando a determinação de suas características físicas.
Das (2007) afirma que a análise granulométrica é o ensaio para que se possa determinar a faixa de tamanho das partículas e grãos que compõe o solo. Os métodos mais usuais para essa determinação são os ensaios por peneiramento, que visa a delimitação da faixa para os grãos de diâmetro maiores que 0,075mm e o ensaio de sedimentação, que visa a delimitação da faixa de partículas menores que 0,075mm.
2.1.2.1.1.1 Ensaio de peneiramento
Em Das (2007), o mesmo discorre sobre o ensaio de peneiramento, informando que este consiste no agitamento de uma porção de solo por um conjunto de peneiras graduadas, progressivamente menores. Das (2007) faz seu estudo quanto a norma americana, usando os números e tamanhos de peneiras conforme tabela de tamanhos de peneiras da norma americana.
Das (2007) continua, informando que as peneiras usualmente utilizadas para análise do solo tem diâmetro de 203 mm (8in). Já para o início do ensaio, deve-se primeiramente secar o solo em estufa e reduzir seus torres em pequenas partículas. Das (2007) faz uma ressalva quanto ao ensaio em solos coesivos devido a dificuldade de redução de seus torrões, nesse caso, faz-se o ensaio com o solo misturado a água e ao final, então, realiza-se a secagem.
Utiliza-se então a pilha de peneiras, fazendo a agitação (peneiramento) para que promova a passagem do solo por todas ela. A menor peneira utilizada no ensaio é a de nº 200 (abertura de 0,075 mm), todo material passante por esta peneira, deve ser retido em uma cuba. Após esse processo, determina-se a massa de solo retida em cada peneira para posterior análise dos dados - Das (2007).
Feita a análise dos dados, obtém-se então o gráfico semilogarítmico chamado de curva
de distribuição granulométrica, conforme afirma Das (2007).
Segundo a NBR 7217/2016 brasileira que trata sobre o ensaio de granulometria, esta traz diversas semelhanças com a equivalente americana utilizada por Das (2007). A amostra de solo é seca em estufa com temperatura entre 105ºC a 110ºC e resfriada em temperatura ambiente para determinação de sua massa, dividindo-a em duas porções, chamadas de M1 e M2, reserva-se a porção M2.
A realização do peneiramento se faz tal qual a norma americana, formando-se uma pilha de peneiras previamente limpas e organizadas de forma com que a abertura de malha
fique em ordem crescente da base para o topo. Coloca-se então o material a ser ensaiado no topo do conjunto de peneiras, e promove-se a agitação manual por tempo suficiente para permitir a separação e classificação prévia dos diferentes tamanhos de grão da amostra.
Após o processo de peneiramento, a NBR 7217/2016 informa que deve ser feito a limpeza de cada peneira, reservando o material retido nela e a desprendendo os grãos que ficaram presos na peneira, classificando o material interno como retido e o material da parte inferior como passante. Determina-se então a massa retida em cada peneira e também no fundo do conjunto. A NORMA 7217 chama a atenção para que o somatório de todas as massas retidas não difira do total da massa da amostra inicial seca em mais de 0,3%. A NORMA 7217 ainda afirma que, na impossibilidade da agitação manual de todo o conjunto de peneiras, pode-se fazer a agitação individual das mesmas, atentando-se para o tempo mínimo de peneiramento de 2 minutos.
Com isso, a NORMA 7217 pede para que seja feito o mesmo procedimento informado também para a amostra M2, fazendo uma comparação dos resultados, tendo estes que atender a diferenças máximas entre os resultados obtidos em cada parcela da amostra. Ao final do procedimento, teremos os dados para a obtenção da curva granulométrica.
2.1.2.1.1.2 Ensaio de sedimentação
Segundo Das (2007), o ensaio de sedimentação se baseia no princípio da sedimentação do solo imerso em água. Quando em água, as partículas do solo sofrem o processo de decantação, ou seja, processo de separação de misturas heterogêneas, fazendo isso com velocidades diferentes, dependendo da forma, tamanho, peso e da viscosidade da água. Para a determinação da curva granulométrica por sedimentação, esse processo baseia-se na lei de Stokes, que é aplicada a corpos esféricos para o cálculo da força de atrito que se gera quando um líquido flui em torno de uma esfera (INFOPÉDIA, 2018) .
2.1.2.1.2 Massa Específica
Segundo Lima (2017), a massa específica de um material é a relação entre sua massa e o volume que este ocupa. Quando o material for um agregado, tem-se a massa específica real, que é obtida quando se obtém o volume descontado dos vazios existente entre os grãos, ou ainda a massa específica aparente, que é obtida através do volume do material incluindo os vazios.
Lima (2017), ainda afirma que a determinação da massa específica de um agregado é importante, pois através dela calcula-se o agregado utilizado em processo de uma melhor forma.
2.1.2.1.3 Determinação dos Limites de Liquidez e Plasticidade Em DNER (1994), o limite de liquidez de um solo é:
Teor de umidade do solo com o qual se unem, em um centímetro de
comprimento, as bordas inferiores de uma canelura feita em uma massa de solo colocada na concha de um aparelho normalizado (Casagrande), sob a ação de 25 golpes da concha sobre a base desse aparelho. O limite de liquidez marca a transição do estado plástico ao estado líquido. É representado por LL, expresso em percentagem.
Borges (2015) ainda afirma que os ensaios de limite de liquidez realizados com o auxílio do equipamento Casagrande determinam o quanto será a consistência de um solo fino. Estabelece-se também a variação do seu comportamento com a interferência do teor de umidade.
Quanto ao Limite de Plasticidade (LP), de um solo, Borges (2015) afirma que é concebido como o teor de umidade em que este deixa de ser caracterizado como plástico e passa a se tornar quebradiço, sendo, por tanto, a umidade de transição entre os estados plástico e semi-sólido do solo.
2.1.2.2 Índice de Suporte Califórnia (CBR)
O ensaio de Índice de Suporte Califórnia ou CBR, foi desenvolvido no Estados Unidos, pelo Departamento de Estradas de Rodagens da Califórnia tendo como objetivo avaliar a resistência dos solos (Fortes, 2015).
Fortes (2015) afirma que no ensaio CBR avalia-se a resistência de um solo saturado a penetração pelo método Proctor. Com isso, um pistão de seção transversal de 3 polegadas penetra na amostra com velocidade controlada de 0,05 pol/min.
Ainda segundo Fortes (2015), o resultado da resistência a penetração é expressado por uma porcentagem, advinda da relação entre a amostra ensaiada e uma amostra de brita graduada de alta qualidade, que é o padrão de referência.
Para Donisete (2016), o ensaio de CBR é um dos mais importante aliados na garantia da qualidade e economia no piso industrial. O autor ressalta que o valor do ensaio em relação ao custo total da obra é irrelevante e que o tempo para entrega dos resultados é razoável, porém, ainda assim, tal ensaio é muitas vezes negligenciado, preferindo-se assumir um risco de entregar uma piso de baixa qualidade em detrimento de sua realização.
2.2 PAVIMENTOS
Com desejo de expandir áreas territoriais tendo a finalidade de melhor acessar zonas de plantio e localidades cultiváveis, o homem criou o que chamamos hoje de estradas, tipo de obra adotado por várias nações ao longo dos anos. Com essa ampla utilização começou-se a notar a importância da preservação e conservação dessa estrutura que possibilitava o transporte à territórios de influência, gerando um aperfeiçoamento das mesmas através da instalação de pavimentos e drenagens as quais propiciavam condições mais duradouras para os trabalhos realizados (BALBO, 2011).
Pavimentar é o ato de trazer melhorias quanto ao conforto no deslocamento de qualquer meio de transporte utilizado, proporcionando uma via de circulação através de obras
de engenharia civil, garantindo, ainda, superfícies mais aderentes, menos ruidosas e maior segurança quando ao tráfego de veículos e outros (BALBO, 2011).
Segundo Bernucci (2010), pavimento são estruturas formadas por múltiplas camadas, sendo a última camada aquela que recebe todo o contato do veículo e sua carga ficando diretamente exposta às intempéries climáticas. Por esse motivo, essa camada deve ser o máximo possível impermeável e resistente aos esforços solicitantes do contato pneu-pavimento em movimento, que viram de acordo com a velocidade e carga do veículo.
Balbo (2011) afirma ainda que os pavimentos devem ser realizados com materiais capazes de suportar ações decorrentes do tráfego combinados com as condições climáticas, conforme evidenciado por Benucci (2010), porém, buscando ainda, sempre que possível, o aproveitamento de materiais locais para realização das obras, proporcionando, com isso, um menor custo para consumação do pavimento.
2.2.1 Camadas do Pavimento
Segundo Bernucci (2010) os pavimentos são múltiplas camadas sobre uma fundação chamada subleito, sendo que o comportamento de toda a estrutura depende da espessura de cada uma das camadas.
Balbo (2011) também cita que
“O pavimento é uma estrutura não perene, composta por camadas
sobre-postas de diferentes materiais compactados a partir do subleito do corpo estradal, adequada para atender estrutural e operacionalmente ao tráfego, de maneira durável e ao mínimo custo possível, considerados diferentes horizontes para serviços de manutenção preventiva, corretiva e de reabilitação, obrigatórios.”
Ainda segundo Balbo (2011), o pavimento, respeitando uma terminologia coerente, é constituído pelas seguintes camadas, em ordem de execução: subleito, reforço do subleito, sub-base, base e revestimento. Todavia, não necessariamente deve-se possuir camada de sub-base ou de reforço do subleito.
O autor salienta, ainda, que o termo “pavimento sobre ponte” deve ser descartado, uma vez que para existência do pavimento deve-se possuir um solo como fundação, isto é, impossibilita o emprego de pavimento sobre ponte uma vez que sobre a estrutura da mesma não existe o emprego de solo (BALBO, 2011).
2.2.1.1 Subleito
O subleito expressa a fundação do pavimento, sendo ainda, considerado integrante de toda a estrutura. Esta camada é composta de material natural consolidado e compactado ou por um material transportado em casos de aterros. (BALBO, 2011).
Ainda nesta camada é realizada uma regularização destinada a conformar transversalmente e longitudinalmente o subleito a ponto de se seguir as especificações do projeto geométrico. Em outras palavras, a regularização do subleito tem o objetivo de corrigir falhas da superfície, tomando todos os cuidados quanto ao acabamento e compactação da camada em questão. (PINTO, PREUSSLER, 2010).
2.2.1.2 Reforço de subleito
Segundo Pinto e Preussler (2010), a camada de reforço de subleito é parte integrante ou não do conjunto pavimento, sendo sua presença caracterizada por circunstâncias técnico-econômicas, de acordo com o dimensionamento do pavimento. Geralmente os materiais selecionadas para constituição desta camada são solos de boas a excelentes características físicas de elevada resistência, dando, com isso, melhores condições de suporte quando comparadas às disposições do subleito.
Balbo (2011) também cita que os esforços verticais transmitidos ao subleito devem ser compatíveis com a sua capacidade de resistir a eles, com isso, o emprego de camadas de reforço são opcionais para o pavimento, todavia, procura-se utilizar este tipo de solução por razões econômicas, uma vez que camadas de subleito com baixa resistência exigem
espessuras maiores nas camadas de base e sub-base. Com isso, respondendo parcialmente pelas funções do subleito, o emprego do reforço de subleito acaba sendo menos custoso quando comparado como solução.
2.2.1.3 Sub-base
Quando as solicitações empregadas na camada de Base tornam a mesma muito espessa, torna-se necessária, devido a razões de natureza construtiva, a construção de subcamadas as quais absorvam parte das solicitações, tornando, com isso, os custos empregados na construção menores. (BALBO, 2011).
Com base em Pinto e Preussler (2010), o emprego da camada de sub-base é opcional, isto é, para pavimentos os quais sofram grande solicitação quanto a carga empregada pelos veículos que ali passam em conjunto com má qualidade do subleito, torna-se necessário o emprego da camada de sub-base. Esta, por sua vez, pode ser constituída de uma ou mais camadas de material devidamente compactado, seguindo as necessidades e o projeto em questão.
Balbo (2011) afirma, ainda, que nas camadas de sub-base podem ser empregados materiais como brita graduada, brita graduada tratada com cimento, solo brita, entre outros materiais os quais podem ser utilizados também na camada de base.
2.2.1.4 Base
A camada de base tem como principal função proporcionar o suporte estrutural ao pavimento, promovendo rigidez e resistência à fadiga da estrutura, reduzindo, ainda, as tensões transmitidas ao subleito evitando possíveis deformações nas camadas de subleito e/ou sub-base. (PINTO, PREUSSLER, 2010).
Balbo (2010) relata que as camadas de base podem ser constituídas por solo estabilizado naturalmente, misturas de solos e agregados, brita graduada, brita graduada tratada com cimento, solo estabilizado quimicamente com ligante hidráulico ou asfáltico,
concretos, entre outros materiais, conforme também citado por Pinto e Preussler (2010), os quais indicam, também, que esta camada pode ser executada com materiais tratados e estabilizados com aglomerantes do tipo cimento portland, podendo ser utilizado, também, materiais de produto de britagem.
Pinto e Preussler (2010) enfatizam que devido a grande importância empregada nesta camada, pode-se dividir a mesma em tipos, comumente utilizados:
- Base de brita graduada; - Base de brita corrida;
- Base de macadame hidráulico; - Base de macadame betuminoso;
- Base de solo estabilizado granulometricamente; - Base de solo-cimento;
- Base de solo arenoso fino laterítico; - Base de solo-brita;
- Base graduada tratada com cimento.
2.2.1.5 Revestimento
Bernucci (2010) informa que o tipo de revestimento para pavimentos mais comum utilizado no Brasil é a mistura de agregados minerais, com tamanhos e de fontes variadas, utilizan-se de ligantes asfálticos que aplicado de forma adequadamente proporcionada e processada, garantem ao revestimento qualidades como impermeabilidade, flexibilidade, estabilidade, durabilidade, resistência à derrapagem, resistência à fadiga e ao trincamento térmico, levando-se em consideração os fatores climáticos e de tráfego do local.
Pinto e Preussler (2010) confirmam que pavimentos são estruturas constituídas por uma ou mais camadas, recebendo a carga aplicada na camada superior e distribuindo-a para as demais, fazendo, com isso, com que as tensões se distribuem de forma a não ultrapassar as tensões admissíveis pelos materiais que constituem a estrutura. Os autores ainda classificam os pavimentos em: rígido, flexível e semi rígido.
Bernucci (2010) também comenta que revestimentos asfálticos são classificados quanto ao tipo de ligante, podendo ser a quente com o uso de CAP (Cimento Asfáltico de Petróleo), ou a frio com o uso de EAP (Emulsão Asfáltica para Pavimentação). Quanto o material para o revestimento é fabricado em usinas, estes são denominados “misturas usinadas”, podendo essas usinas serem fixas ou móveis, ou ainda sendo preparadas na própria pista, quando para tratamentos superficiais.
Ainda em Bernucci (2010), o autor comenta que pode-se considerar outros tipos de misturas asfálticas que são processadas em usinas móveis especiais, estas promovendo a mistura agregado-ligante logo antes da aplicação no pavimento. Nesse caso, o autor fala que tais misturas podem ser separadas misturas novas relativamente fluidas, lama asfáltica e micro revestimento, ou ainda em misturas recicladas, fazendo o uso de fresadoras-recicladoras.
2.2.2 Dimensionamento de Pavimentos
O realização do dimensionamento de um pavimento consiste na aplicação de técnicas específicas as quais determinam as características das camadas que estarão presentes no mesmo, sendo estas capazes de suportar as solicitações provenientes das passagens de veículos, transferindo os esforços ao subleito sem que a estrutura seja abalada (SENÇO, 1997).
Ainda segundo Senço (1997), define-se que
“O dimensionamento pode partir da consideração de que as cargas aplicadas são estáticas; no entanto, ele é submetido a cargas repetidas, sofrendo, devido a essa repetição, deformações permanentes e elásticas, que serão tanto maiores quanto maior for o número de solicitações.”
Baseado em DNIT (2006), quando se trata de projetos de engenharia voltados para pavimentação, o mesmo compreende duas naturezas:
- Estudos do Subleito;
O estudo da camada de subleito tem como objetivo o reconhecimento dos solos ali presentes a fim de realizar a caracterização das diversas camadas. O estudo de ocorrências de materiais para pavimentação tem como objetivo a caracterização dos materiais os quais servem como matéria prima presentes em jazidas próximas. (DNIT, 2006).
Ainda segundo DNIT (2006), para execução dos estudos nos solos para fins de pavimentação, são realizados os seguintes ensaios:
- Granulometria;
- Limite de Liquidez (LL); - Limite de Plasticidade (LP); - Compactação;
- Massa Específica Aparente “in situ”; - Índice de Suporte Califórnia (CBR);
- Expansibilidade - no caso de solos lateríticos;
- Limite de Contração - em casos especiais de materiais do subleito.
Pinto e Preussler (2010), assim como DNIT (2006), relatam as características cujos materiais empregados nas diversas camadas do pavimento deve obter:
- Materiais para o subleito: - CBR maior que 2%; - Expansão menor que 2%;
- Materiais para reforço do subleito: - CBR maior que o do subleito; - Expansão menor ou igual a 1%;
- Materiais para sub-base: - CBR maior que 20%; - Índice de Grupo = 0;
- Materiais para base:
- CBR maior ou igual a 80%; - Expansão menor ou igual a 0,5% - LL menor ou igual 25%;
- Índice de Plasticidade (IP) menor ou igual a 6%;
- Caso o LL seja superior a 25% e o IP seja superior a 6% pode-se empregar este material na base desde que na realização do ensaio de equivalente de areia o resultado não seja superior a 30%;
Uma vez com os tipos de materiais necessários classificados, Pinto e Preussler (2010) mencionam que o dimensionamento do pavimento se dá em função do número equivalente (N) de operações de um eixo padrão, com 8,2 toneladas (18.000 lb ou 80kN) a partir de um período de projeto definido em projeto a partir dos estudos realizados no tráfego local. Para determinação do valor de N foram considerados fatores relacionados a composição do tráfego em relação ao tipo de veículo, em função da carga transportada e da quantidade de eixos.
DNIT (2006) explana que a espessura do pavimento é dada em função do número N bem como do valor do CBR dos materiais, sendo que no caso de materiais com valores de CBR inferiores a 2% faz-se a preferência da substituição do mesmo, na espessura de 1 metro, por materiais com características melhores, sendo a espessura máxima e mínima de compactação e mínima construtiva das camadas de 20, 10 e 15 cm, respectivamente.
A Figura 01 representa um gráfico cuja determinação da espessura do pavimento é determinada pelo número N, procedendo-se verticalmente até a reta com o valor do CBR, seguindo-se horizontalmente até o valor da espessura total do pavimento (DNIT, 2006).
Figura 01 - Determinação de espessuras do pavimento
Fonte: DNIT, 2006.
Os símbolos utilizados para determinação das espessuras do pavimento, apresentados na Figura 02, encontra-se o “Hm”, definindo a espessura total do pavimento para proteger o material com CBR = m; “Hn”, definindo a espessura total do pavimento para proteger o material com CBR = n; “H20” e “h20”, definindo a espessura total do pavimento para proteger o material com CBR = 20%, uma vez que mesmo que o CBR da sub-base seja superior a 20%, a espessura do pavimento necessário para protege-la é determinada como se este valor fosse 20%. Os símbolos “B” e “R” representam as espessuras da base e revestimento, respectivamente. (PINTO, PREUSSLER, 2010).
Figura 02 - Dimensionamento do pavimento
Baseado em DNIT (2006), a fórmula para determinação da espessura total “Ht” do pavimento é expressa por:
Ht = 77,67 . N0,0482 . CBR-0,598
2.2.3 Equipamentos Utilizados para Realização de Pavimentos
Segundo Bernucci (2010), como qualquer indústria do mercado, a área de pavimentação está em constante evolução assim como seus equipamentos. O autor salienta que é importante que o engenheiro esteja atento a esse fato e que busque constantemente as últimas informações, se atualizando sobre modelos e fornecedores de equipamentos disponíveis no mercado.
A produção do revestimento asfáltico envolve a mistura associada do agregado com o ligante asfáltico, respeitando as proporções previamente informadas pelo projeto de dosagem, produzindo, com isso, uma massa homogênea que atenda as especificações e critérios delimitados. Bernucci (2010).
O procedimento de mistura é realizado em instalações conhecidas como usinas de asfalto. Estas produzem misturas asfálticas a quente, que preparam todo o agregado necessário para a produção, removendo sua umidade e elevando a sua temperatura para que este possa ser envolvido pelo ligante asfáltico. Caso a necessidade seja a produção de mistura asfáltica a frio, a usina deve ser capaz de realizar a emulsão asfáltica, seguindo seus procedimentos produtivos. Bernucci (2010).
Bernucci (2010) afirma ainda que:
“O objetivo básico das usinas de asfalto é proporcionar de forma adequada a mistura de frações de agregados, aquecer essa mistura e o ligante asfáltico, e misturar todos esses materiais, produzindo misturas asfálticas dentro de características previamente especificadas.”
Segundo Bernucci (2010), para o transporte de misturas asfálticas da usina até o local de aplicação, são utilizados caminhões com báscula traseira, popularmente conhecidos como
caminhões basculantes. É muito importante o fornecimento constante de mistura asfáltica para a pista em produção, por esse motivo o autor informa que fatores como velocidade de produção da mistura asfáltica na usina, assim como a distância e tipo de tráfego no percurso são necessários para a determinação do número de caminhões de transporte.
2.3 ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS
Umas das técnicas considerada a principal preocupação dos pesquisadores do ramo da geotecnia e engenharia civil se trata da estabilização de solos, a qual, por sua vez, trata de um processo realizado para que o solo adquira estabilidade, ficando, com isso, adequado para determinado uso. Esta técnica é considerada milenar, sendo aprimorada com o passar do tempo, e hoje pode-se dizer que tem-se dois tipos de estabilização: (i) Mecânica, (ii) Química. (LAUFER, 2010, tradução nossa; MOUSAVI et al., 2017, tradução nossa).
Batista (1976) confirma, também, que a estabilização de solos é dada por seu tratamento, onde este pode ser feito através de processo mecânico ou por processo químico, fazendo, com isso, com que o solo se torne mais estável, se adequando aos limites de utilização e mantendo-se nessa condição mesmo sob as ações das cargas de uso e intempéries climáticos.
2.3.1 Tipos de Estabilização (locais)
Dentres os métodos comumente utilizados para a estabilização de solos, vale destacar os principais, que são a compactação, a adição de estabilizantes químicos e a correção granulométrica, podendo ainda ser realizado o tratamento do solo com um ou mais métodos em conjunto. (BATISTA, 1976).
São apresentados a seguir os tipos de estabilização que serviram como base para este capítulo: (i) Estabilização mecânica e granulométrica, (ii) Estabilização química.
2.3.1.1 Estabilização mecânica e granulométrica
Sendo um dos métodos mais antigo e mais empregados para a estabilização de solos, o método por estabilização mecânica trata-se de uma melhoria decorrente de alterações no sistema trifásico, isto é, modificações nas proporções das partes sólidas, gasosas e líquidas. Esse método pode ser realizado através do procedimento de compactação, que se limitam em alterar somente o arranjo das partículas do solo, ou ainda pelo processo de correção da granulometria, que consiste na adição ou retirada de partículas do solo (MEDINA et al., 2005).
Por meio do método de compactação, faz-se a adição de energia externa compactadora aplicada ao solo, fazendo, com isso, a redução da quantidade de vazios presentes no mesmo, reduzindo a percolação da água e consequentemente a erosão proveniente dela. São observados também o aumento da densidade, a durabilidade, a compacidade e, por sua vez, a resistência mecânica do solo (CAPUTO, 1996).
O método de estabilização por compactação é capaz de promover a melhoria da maioria dos tipos solos empregados na engenharia de pavimentação, porém, em alguns casos somente a compactação não é suficiente para a obtenção do desempenho desejado do solo, passando a ser necessária a utilização em conjunto com outros métodos de estabilização (MEDINA et al., 2005; SANTOS, 2012).
Já quanto ao método de correção granulométrica, este é a combinação e mistura de dois ou mais tipos de solos, em determinadas proporções para a atingimento de um solo homogeneizado, com boa graduação e porcentagem limitada de partículas finas e posterior compactação. O objetivo do método é obter um aumento da resistência mecânica do solo, tendo, com isso, a garantia de estabilidade do mesmo, pois promove o contato entre os grãos das partículas maiores utilizando-se das partículas mais finas para o preenchimento dos vazios (VILLIBOR, 1982).
2.3.1.2 Estabilização química
Segundo Makusa (2013, tradução nossa), o processo de estabilização química parte do princípio da alteração da estrutura do solo, onde o mesmo passa a ter uma maior resistência, menor permeabilidade e compressibilidade quando comparado com o solo nativo. Os produtos químicos, denominados estabilizantes, adicionados ao solo natural resultam em reações químicas as quais ajudam no processo de compactação, uma vez que ajudam a atingir a umidade ótima promovendo o preenchimento dos poros garantindo, com isso, melhoras quanto às propriedades mecânicas do solo.
Ainda baseado em Makusa (2013, tradução nossa), o autor enfatiza que a realização de ensaios a ponto de se levantar valores comparativos com a adição dos produtos químicos e com o solo nativo são fundamentais para avaliação da eficácia dos materiais que serão estabilizados em campo, bem como para determinação do tipo de estabilizante que deve ser utilizado e sua quantidade.
No intuito de apresentar uma solução técnica tradicional, utilizada para estabilização química de solos, bem como conhecer novas tendências para obtenção de resultados também voltados para estabilização química de solos, comparando, ainda, a viabilidade de execução entre ambas, este trabalho toma como inspiração a análise dos seguintes aditivos estabilizantes: (i) Solo-cimento, (ii) Underbold.
2.3.1.2.1 Solo-cimento
A NBR 12253 (2012) define como sendo solo-cimento “produto endurecido resultante da cura de uma mistura íntima compactada de solo, cimento e água, em proporções estabelecidas através de dosagem”.
Baseado em Makusa (2013, tradução nossa), o cimento trata de um material aglomerante hidráulico que pode ser considerado como produto estabilizador de solos, uma
vez que para adquirir suas propriedades mecânicas o mesmo depende apenas da presença de água em seu meio, sendo esta disponível na grande maioria dos solos.
Medina (2005) afirma que a estabilização dos solos utilizando cimento refere-se à mistura resultante de solo, cimento e água, sendo, ainda, posteriormente passada por processo de cura e compactada.
Cruz (2004) afirma que a água necessária para hidratação do cimento é assegurada pela quantidade de água necessária para a realização da compactação do solo.
A utilização de cimento como recurso para estabilização de solos, ainda segundo Cruz (2004), pode ser considerado viável, uma vez que esta técnica proporciona melhorias nas características do solo, tanto quando analisa-se sob o ponto de vista mecânico, quanto do ponto de vista da durabilidade.
2.3.1.2.2 Underbold
Segundo Ecosoil (2018), o produto Underbold refere-se a um aditivo líquido o qual destina-se a acelerar, facilitar e proporcionar maior resistência ao solo natural utilizado na pavimentação. O autor enfatiza, ainda, que trata-se de um material 100% ecológico e biodegradável possuindo em sua fórmula apenas ingredientes orgânicos.
Ainda baseado em Ecosoil (2018), o Underbold é reconhecido pela TÜV Rheinland AG, órgão de certificação Alemão reconhecido mundialmente pela sua seriedade e independência.
O Underbold trabalha envolvendo as partículas do material o qual foi aplicado, impermeabilizando, com isso, o conjunto. É possível ilustrar tal ação na Figura 03.
Figura 03 - Underbold envolvendo partículas de solo
Fonte: Ecosoil, 2018.
Esse processo de mistura é realizado com a utilização de uma recicladora, a qual realiza a completa homogeneização do material junto ao produto Underbold, conforme pode-se observar na Figura 04 (ECOSOIL, 2018).
Figura 04 - Mistura de Underbold ao solo
Posteriormente, através da aplicação e mistura de pequena porcentagem de aglomerante, processo este também realizado conforme evidenciado acima, forma-se um conjunto constituído pelo solo, Underbold, água e aglomerante, o qual já pode ser compactado a fim de se obter um material estabilizado, conforme pode ser observado na Figura 05 (ECOSOIL, 2018).
Figura 05 - Compactação do conjunto solo, Underbold, água e aglomerante
Fonte: Ecosoil, 2018.
Através de todo esse processo o conjunto solo, Underbold, água e aglomerante consegue atingir uma compactação altamente resistente (ECOSOIL, 2018).
Depois de 24 a 72 horas pode-se realizar a aplicação de uma ponte de ligação com o objetivo da aplicação da última camada do pavimento (por exemplo: asfalto) (ECOSOIL, 2018).
3 METODOLOGIA
Este capítulo tem como objetivo apresentar a metodologia utilizada neste trabalho. Serão apresentados as etapas, as delimitações e, por fim, os recursos utilizados para realização deste trabalho.
3.1 CARACTERIZAÇÃO DO TIPO DE PESQUISA
Gil (2002, p. 17) afirma que a uma pesquisa pode ser caracterizada como sendo “o procedimento racional e sistemático que tem como objetivo proporcionar respostas aos problemas que são propostos”. O autor salienta que deve-se requerer a este tipo de procedimento - pesquisa - quando não se dispões de informações suficientes para responder a determinado problema. Ainda baseado no autor a pesquisa desenvolve-se através de inúmeras fases abrangendo “conhecimentos disponíveis e a utilização cuidadosa de métodos, técnicas e outros procedimentos científicos”.
Dentre as inúmeras maneiras de se caracterizar uma pesquisa, pode se dizer que, em relação aos objetivos deste trabalho, esta pesquisa é caracterizada como exploratória. Segundo Gil (2002, p. 41), “Embora o planejamento da pesquisa exploratória seja bastante flexível, na maioria dos casos assume a forma de pesquisa bibliográfica ou de estudo de caso”
3.2 ETAPAS
As etapas necessárias para elaboração deste trabalho podem ser divididas em:
a) fundamentação teórica;
b) aquisição do produto à ser estudado; c) realização da coleta dos materiais;
d) realização de ensaios com o material à ser estudado; e) análise e comparação dos resultados obtidos;
Essas atividades foram planejadas de acordo com o cronograma de atividades, conforme Anexo 01.
3.3 DELIMITAÇÕES
O projeto visa a análise dos resultados obtidos através de métodos de estabilização de solos em um determinado tipo de solo, todavia, alguns aspectos não serão abordados.
A utilização de apenas dois métodos de estabilização - solo melhorado com cimento e aplicação de aditivo Underbold - se dá para a possibilidade da comparação dos resultados obtidos através de um método plenamente utilizado e um produto novo, ou seja, não serão explanados neste trabalho outros métodos de estabilização de solo.
A pesquisa se valerá apenas da caracterização do solo (nas condições natural e melhorado com cimento e com cimento mais Underbold).
O solo que está sujeito a análise a ser realizada se restringe ao material que será utilizado no processo de pavimentação da estrada, alvo do estudo de caso deste trabalho.
O estudo se limita a comparação dos resultados obtidos através do tratamento do solo com cimento (solo melhorado com cimento), Underbold juntamente com o solo natural.
Não serão abordados aspectos relacionados a deformabilidade ou a rigidez da mistura. Não serão abordados estudos deflectométricos.
As características que serão comparadas serão aquelas cujas propriedades interferem nos cálculos de dimensionamento de um pavimento, ou seja, não serão analisadas as características diversas dos materiais os quais sofrerão o processo de estabilização.
O método de dimensionamento empregado será o Método DNER/79 preconizado pelo DNIT.
Não serão abordados aspectos inerentes ao tráfego solicitante. Não serão levados a efeito aspectos construtivos.
3.4 RECURSOS
Durante a elaboração desta monografia serão utilizados recursos advindos das empresas: (i) Souza Papaleo Moldagem de Concreto Ltda; (ii) Universidade do Sul de Santa Catarina - UNISUL; (iii) Rodovias Ecológicas Ltda, bem como dos autores.
Na empresa Souza Papaleo Moldagem de Concreto Ltda foram realizados ensaios de caracterização do material assim como para obtenção das propriedades mecânicas do mesmos. Na empresa Universidade do Sul de Santa Catarina - UNISUL foram realizados, também, ensaios para obtenção das propriedades dos materiais analisados.
O produto Underbold, o qual será utilizado em um dos processos de estabilização do material analisado, bem como a disponibilização do local em obra onde estará sendo realizado o processo de estabilização de um pavimento, será providenciado pela empresa Rodovias Ecológicas Ltda.
4 DESENVOLVIMENTO DOS ENSAIOS
Neste capítulo será apresentado todo o desenvolvimento dos ensaios propostos para a análise do solo estudado referente a caracterização e melhoria da resistência do mesmo, assim como a apresentação das informações da escolha do local e da coleta de material.
4.1 DEFINIÇÃO DO LOCAL PARA ESTUDO DE CASO
Como o Underbold se propõem, dentre outros objetivos, aumentar a capacidade de suporte de carga do solo, buscou-se junto a empresa Rodovias Ecológicas a indicação de um local de aplicação real do produto.
Em visita às ruas que serão preparadas para pavimentação pela empresa na cidade de Pomerode, Santa Catarina, solicitou-se ao engenheiro da empresa Rodovias Ecológicas que indicasse o local de material com pior condição, onde o Underbold teria seu desempenho mais evidenciado.
Diante do citado acima, o local escolhido para o estudo de caso proposto foi a Rua Rodolfo Rusch - Testo Central, Pomerode, Santa Catarina.
4.2 COLETA E PREPARO DO MATERIAL À SER ESTUDADO (SOLO)
No dia 22 de setembro de 2018 foi realizado a coleta do material para o estudo de caso, o qual trata-se de um solo argiloso, plástico, pouco arenoso, com presença de pedregulhos, de cor marrom, situado na Rua Rodolfo Rusch - Testo Central, Pomerode, Santa Catarina, conforme ilustrado na Figura 06.
Figura 06 - Localização da coleta do material para análise
Fonte: Google, 2018.
A rua em questão possui extensão de 385,00 metros e largura de 8,00 metros. A aplicação do produto Underbold, junto com 2% de cimento destina-se, a princípio, aos 30 centímetros iniciais do solo. O volume de solo tratado é de 924,00 metros cúbicos e a topografia do local é plana.
A infraestrutura presente no local contempla drenagem implantada bem como rede de água, todavia não apresenta rede de esgoto. Na Figura 07 pode-se observar uma foto do local onde o material para estudo foi coletado.
Figura 07 - Rua na qual realizou-se a coleta do material para análise
Após a coleta do material o mesmo foi transportado para Palhoça, Santa Catarina, com intuito de realizar a secagem ao ar para início dos estudos, ficando abrigado das possíveis intempéries do tempo, conforme ilustrado pela Figura 08.
Figura 08 - Secagem ao ar do material para ensaio
Fonte: Elaboração do autor, 2018.
Após aguardar a amostra secar ao ar, até próximo a umidade higroscópica, deu-se início aos ensaios, conforme NBR 6457:2016.
4.3 ENSAIOS REALIZADOS
Através dos ensaios desenvolvidos neste capítulo, buscou-se o levantamento de dados para verificar os efeitos do Underbold quanto ao aumento de resistência do solo em relação ao uso do solo natural e uso do solo melhorado com cimento. Pode-se avaliar também as diferenças na expansão do material em suas diferentes situações propostas.
4.3.1 Curva de compactação
Como o solo será analisado em três cenários distintos, uso do solo natural, solo melhorado com cimento e solo melhorado com cimento e Underbold, foram realizados ensaios para a verificação da umidade ótima e massa específica aparente seca máxima para a compactação do solo nesses cenários. Os procedimentos realizados seguiram as especificações da NBR 7182 e NBR 6457.
Para a obtenção dos 5 pontos para a montagem da curva de compactação, reservou-se 6Kg de solo para cada um desses pontos, num total de 30 Kg por cenário.
Para o início do ensaio, aferiu-se sempre a umidade do solo através do método da frigideira, corrigindo-a para a umidade alvo logo antes da preparação do solo para a compactação em cilindro de 150mm, constituindo de cinco camadas de vinte e seis golpes, caracterizando-se, com isso, proctor INTERMEDIÁRIO.
4.3.1.1 Solo natural
O ensaio foi realizado no solo natural, sem a adição de quaisquer aditivos, a fim de ter-se um resultado de controle para a comparação da evolução da resistência do solo nos ensaios 4.2.1.2 e 4.2.1.3.
Quadro 01 - Dados da curva de compactação - Solo natural
Fonte: Elaboração do autor, 2018.
Através do uso dos dados do Quadro 01, obteve-se o Gráfico 01.
Gráfico 01 - Curva de compactação do solo natural
Identificou-se então a umidade ótima para a compactação em 18,125% assim como a massa específica aparente seca máxima de 1,695 g/cm³.
4.3.1.2 Solo natural melhorado com 2% de cimento
O ensaio foi realizado com o solo natural melhorado com cimento na proporção de 2%. Essa proporção foi escolhida devido a especificação de uso do Underbold requerer essa mesma proporção. Com isso teremos como isolar o resultado do melhoramento do solo com Underbold, obtendo-se os resultados consequentes, somente, da adição do cimento.
Abaixo segue a Quadro 02 com a obtenção dos dados do ensaio.
Quadro 02 - Dados da curva de compactação - Solo natural melhorado com cimento
Fonte: Elaboração do autor, 2018.
Gráfico 02 - Curva de compactação do solo natural melhorado com cimento
Fonte: Elaboração do autor, 2018.
Identificou-se então a umidade ótima para a compactação em 18,953% assim como a massa específica aparente seca máxima de 1,683 g/cm³.
4.3.1.3 Solo natural melhorado com 2% de cimento e Underbold
O ensaio foi realizado com o solo natural melhorado com cimento na proporção de 2% e Underbold. A especificação de uso do Underbold indica que o solo deve estar com a umidade 2% abaixo da alvo, uma vez que estes se destinam a mistura de água/Underbold. Essa mistura, por sua vez, é, também, na proporção de 2%, ou seja, em 980ml de água, adiciona-se 20 ml de Underbold.
Após a aplicação do Underbold ao solo, segundo também especificações do produto, o mesmo necessita de um repouso de 3 minutos e somente após esse período deve ser feita a adição de cimento para a realização do ensaio.