JESSAMINE PEDROSO DE OLIVEIRA
ESTUDO DE SOLO ARGILOSO LATERÍTICO DA RSC – 377 COM
AGREGADOS GRAÚDOS PARA USO EM BASES E SUB-BASES DE
PAVIMENTOS ECONÔMICOS
Ijuí 2019
ESTUDO DE SOLO ARGILOSO LATERÍTICO DA RSC – 377 COM
AGREGADOS GRAÚDOS PARA USO EM BASES E SUB-BASES DE
PAVIMENTOS ECONÔMICOS
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: André Luiz Bock
ESTUDO DE SOLO ARGILOSO LATERÍTICO DA RSC – 377
COM AGREGADOS GRAÚDOS PARA USO EM BASES E SUB-BASES
DE PAVIMENTOS ECONÔMICOS
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 05 de agosto de 2019.
Prof. Dr. André Luiz Bock Doutor pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS – Orientador Profª. Lia Geovana Sala Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA Prof. Ricardo Zardin Fengler Mestre pela Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ
Prof. Dr. André Luiz Bock Doutor pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS
Em primeiro lugar agradeço a DEUS, que me deu forças e me abençoou sempre durante minha jornada acadêmica me proporcionando muitas bênçãos. Só ele sabe quantas coisas enfrentei no decorrer do curso e o quanto foi maravilhoso chegar até aqui e saber que fiz a escolha certa.
Agradecer imensamente a minha mãe amada a base de tudo, Joice, eu sei o quanto fizeste por mim para que eu chegasse até aqui, e sei também o orgulho que sentes de mim, obrigada por toda compreensão, apoio, amor, e paciência comigo, afinal não foi fácil tudo que passamos. Você jamais mediu esforços para que eu conseguisse os meus objetivos e como sempre lhe digo lhe darei muito orgulho ainda. Agradeço ao meu irmão que tem tanta admiração por quem eu sou e onde cheguei, obrigada por compreender minha falta de tempo e ausência muitas vezes, você e a mãe são tudo para mim. Agradeço ao meu pai Juliano por ter me influenciado a fazer a escolha certa do curso que tanto amo, e por todos os cafés e conversas durante os primeiros anos do curso.
Agradeço ao meu namorado Paulo que não mediu esforço para me ajudar, sempre disposto ao que lhe fosse pedido, você foi essencial nesta pesquisa, me ajudando nos ensaios, na coleta do solo e nas palavras de apoio e incentivo. Obrigada pela compreensão da minha ausência, pela paciência, amor e cumplicidade nesses anos.
Agradeço a todos os meus familiares que sempre de alguma forma me ajudaram me dando todo apoio e incentivo sempre acreditando no meu potencial.
Ao ex-tutor do grupo PET, da pesquisa e orientador Carlos Wayhs, por todo amor e dedicação que sempre tivestes, além de professor considero um grande amigo, tenho grande admiração pelo profissional que és.
Ao meu orientador André, que desempenhou tamanha dedicação para que eu conseguisse realizar o meu trabalho, e não mediu esforços para que tudo saísse bem, foi um grande prazer poder contar com seus ensinamentos, tenho muita admiração pelo o que és. Obrigada de coração.
A todos os meus colegas do grupo PET, que fizeram parte da minha trajetória acadêmica, por todo companheirismo, troca de conhecimentos, risadas e momentos juntos. Em especial aos colegas os quais compartilhei diversos momentos durante a graduação e fora
conhecimentos, obrigada pelo companheirismo e coleguismo. E agradeço de coração as minhas colegas do PET, Daniela e Gabrielli, por sempre se disponibilizarem a me ajudar na realização dos ensaios deste trabalho.
Ao Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ, em especial ao laboratorista Luiz, que me auxiliou na realização dos ensaios e nos resultados destes, obrigada pela paciência e tempo disponibilizado a me ajudar.
Ao MEC/SESu pela participação no Grupo PET e por me proporcionar a oportunidade de participar deste universo da iniciação científica, ao qual almejava tanto.
A 5º Superintendência do DAER, que me auxiliou na coleta do solo e em especial agradeço ao engenheiro Superintendente Fabiano, engenheiro André e a estagiária Bruna que me deram todo apoio se disponibilizando para o que fosse necessário.
Ao DNIT, em especial ao engenheiro e professor José, que disponibilizou o resíduo de fresado para coleta e dados deste material, agradeço de coração por todo auxílio durante a graduação.
Ao professor Lucas, que disponibilizou dados sobre o resíduo da construção civil, muito obrigada.
A todos os professores que tive durante a graduação, tenho grande admiração por cada um de vocês e agradeço a oportunidade de conhecê-los, considero a todos grandes amigos. Nunca se esqueçam de que vocês que fazem este curso ser tão inspirador e gratificante.
A todos os colegas que convivi durante o curso que compartilharam tantos momentos de desespero, ansiedade, ensinamentos e conhecimentos. Minha eterna gratidão a todos que fizeram parte da minha jornada acadêmica, levarei todos sempre no meu coração e espero que possamos nos encontrar na vida profissional todos com muito sucesso.
A Unijuí por me proporcionar um ensino de tamanha qualidade e possibilitar esses anos tão valiosos em minha vida.
É na fé que tudo dará certo, acredite sempre que pode superar a si mesmo, e nada mais lhe restará como obstáculo. Geyson Sylas
OLIVEIRA, J. P. Estudo de solo argiloso laterítico da RSC – 377 com agregados graúdos para uso em bases e sub-bases de pavimentos econômicos. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2019.
Diante da problemática enfrentada no setor rodoviário, pelos altos custos nos materiais de implantação e a situação financeira do país se percebe a necessidade de buscar a diminuição de custos a fim de alavancar este setor. Visto que, atualmente na malha rodoviária brasileira, apenas uma pequena parcela das rodovias são pavimentadas, fato preocupante, pois o transporte de cargas que move o setor da economia do Brasil ocorre por rodovias. Uma das alternativas discutidas por muitos pesquisadores é o uso de materiais alternativos nas camadas do pavimento, que já vem sendo empregados e apresentam bom desempenho em trechos experimentais. Uma vez que para poderem ser utilizados é necessário assegurar a semelhança das características físicas e mecânicas aos materiais tradicionalmente usados nas camadas de pavimentação. Sob este enfoque esta pesquisa tem o intuito de estudar as características do solo da RSC-377 que corresponde a uma rodovia com 25 km de trecho não pavimentado, sendo este solo misturado aos resíduos de Material asfáltico (Fresado) e Resíduo da Construção Civil (RCC) analisando as características mecânicas destas misturas para possível utilização em camadas de base e sub-base de pavimentos econômicos. Para a escolha do teor de resíduo a ser incorporado no solo, analisaram-se diversas pesquisas relacionadas ao tema, nas quais com teores acima de 30% obtiveram bons resultados, dessa maneira optou-se por pesquisar primeiramente teores relativamente baixos de resíduo e mais solo. Dessa forma com os experimentos laboratoriais com as misturas de 30% Resíduo e 70% Solo obtém-se um embasamento para continuidade da pesquisa, e com os ensaios das misturas poderá ser analisado qual dos resíduos apresentou melhor desempenho e se algum destes poderia ser incorporado nas camadas de pavimentação diminuindo relativamente os custos da construção. Com isso a partir dos ensaios conclui-se que a mistura de Solo+Fresado apresentou os melhores resultados podendo ser utilizada em sub-bases, reforço do subleito e subleito de pavimentos econômicos. E quanto à mistura Solo+RCC percebe-se inaplicabilidade em sub-bases e sub-bases, uma vez que prejudicou a capacidade de suporte do solo, sendo que o solo “in natura” apresenta bons resultados pela classificação e capacidade.
OLIVEIRA, J. P. Estudo de solo argiloso laterítico da RSC – 377 com agregados graúdos para uso em bases e sub-bases de pavimentos econômicos. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2019.
In the face of the problematic confronted at the road sector, due to the high costs of implementation materials and the country financial situation it is perceived the need to seek for a costs reduction in order to leverage this sector. Currently, in the Brazilian highway network, only a small proportion of the highways are paved, a matter of concern, since the cargo transportation moves the Brazilian economic sector occurs by highways. One of the options discussed by many researchers is the use of alternative materials in the pavement layers, which already has been used it and with proper performance in experimental segments. Since in order to be used, it is necessary to ensure the similarity of physical and mechanical characteristics of the materials traditionally used in the pavement layers. Under this approach, this research aims at studying the soil characteristics of RSC-377, which corresponded to a highway with 25 km of unpaved parts; this soil is mixed with asphalt materials (Milling) and Construction Waste (CW) in order to analyze the mechanical properties characteristics of these mixtures for its possible use in base layers and sub-base of economic pavements. To select the waste levels to be incorporated in the soil, it was analyzed several studies addressing the thematic, in which the levels above 30% obtained good results, it was decided to investigate firstly waste low levels and more soil. Therefore, the laboratory experiments with the 30% Waste mixture and 70% Soil mixture created a theoretical background for the continuity of this research, and the mixtures tests could be analyzed in order to find which waste presented better performance and, if any of these could be incorporated into the paving layers mixtures decreasing relatively the construction costs. Regarding the tests, it concluded that the Soil + Milling mixture presented the best results; it could be used in subbases, sub-grade reinforcement and, economic pavements sub-sub-grade. Considering the Soil + WC mixture, it is not possible to apply in subbases and bases, since it impaired soil support capacity, and the soil "in-natura" presents good results related to their classification and capacity.
Figura 1: Seção do pavimento nos trechos da Calçada de Lorena (serra) ... 23
Figura 2: Estrutura do pavimento rígido ... 25
Figura 3: Estrutura do pavimento flexível ... 26
Figura 4: Distribuição das tensões nos pavimentos ... 27
Figura 5: Definições de bases e sub-bases ... 27
Figura 6: Perfil proveniente da decomposição das rochas e formação dos solos ... 29
Figura 7: Seção transversal do pavimento econômico ... 32
Figura 8: Incidência de solos lateríticos ... 33
Figura 9: Gráfico de plasticidade para solos finos ... 36
Figura 10: Gráfico de classificação pela MCT ... 43
Figura 11: Zona de aceitação no gráfico da MCT ... 43
Figura 12: Delineamento da pesquisa ... 46
Figura 13: Localização da RSC-377 ... 47
Figura 14: Talude de coleta do solo... 48
Figura 15: Fresado utilizado para a pesquisa... 49
Figura 16: Resíduo de Construção Civil (RCC) ... 50
Figura 17: Quarteamento do solo ... 51
Figura 18: Preparo da amostra na peneira 4,8mm ... 52
Figura 19: Preparação e dispersão do solo no ensaio de sedimentação ... 53
Figura 20: Percentagens retidas do solo ... 54
Figura 21: Relação dos limites de consistência ... 55
Figura 22: Aparelhos utilizados no ensaio de limite de liquidez ... 56
Figura 23: Aparelhos utilizados no ensaio de limite de plasticidade ... 57
Figura 24: Ensaios de massa específica ... 59
Figura 25: Cilindro de compactação e amostras do ensaio ... 60
Figura 26: Realização do ensaio de compactação ... 61
Figura 27: Realização do ensaio de Índice de Suporte Califórnia ... 62
Figura 28: Equipamento do Mini-MCV ... 64
Figura 29: Ensaio de Perda de Massa por Imersão ... 64
Figura 30: Curvas granulométricas dos materiais ... 65
Tabela 1: Função das camadas e da fundação de um pavimento ... 24
Tabela 2: Nomenclaturas das letras usadas pelo sistema SUCS ... 35
Tabela 3: Sistema SUCS de classificação ... 36
Tabela 4: Tabela de classificação HRB/AASHTO... 37
Tabela 5: Propriedades típicas dos solos na classificação MCT ... 41
Tabela 6: Energias de Compactação ... 59
Tabela 7: Índices de consistência ... 66
Tabela 8: Massa específica dos materiais ... 67
Tabela 9: Coeficientes e classificação MCT ... 69
Tabela 10: Resultados do ISC ... 73
Tabela 11: Desvio Padrão e variância do solo e das misturas ... 74
Tabela 12: Resultados finais do ensaio de CBR ... 75
Tabela 13: Síntese dos resultados do solo ... 77
AASHTO American Association of State Highway Transportation Officials ABRELPE Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos
Especiais
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ALA Argila Laterítica e Areia
BR Rodovia Brasileira CBR Califórnia Bearing Ratio
CBUQ Concreto Betuminoso Usinado a Quente
CNPQ Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNT Confederação Nacional do Transporte
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes ES Especificação de serviço
FRN Fundo Rodoviário Nacional HRB Highway Research Board IG Índice de Grupo
IP Índice de Plasticidade ISC Índice de Suporte Califórnia LA Areias lateríticas
LA’ Solo arenoso laterítico
LL Limite de liquidez LP Limite de plasticidade ME Método de Ensaio
MCT Miniatura Compactada Tropical MCV Moisture condition value MH Siltes Elásticos
NA Areias não lateríticas NA’ Solo arenoso não laterítico
NBR Norma Brasileira aprovada pela ABNT NG’ Solo argiloso não laterítico
NS’ Solo siltoso não laterítico OH Argila Orgânica
PET Programa de Educação Tutorial
RESICON Central de Triagem e Reciclagem de Resíduos de Construção Civil RCC Resíduo da Construção Civil
RS Rio Grande do Sul
RSC Rodovia Estadual Coincidente SAFL Solos Arenosos Finos Lateríticos SLAD Solo Laterítico e Agregado Descontínuo SUCS Sistema Unificado de Classificação de Solos TS Tratamento Superficial
1 INTRODUÇÃO ... 17 1.1 CONTEXTO ... 17 1.2 PROBLEMA ... 18 1.2.1 Questões de Pesquisa ... 20 1.2.2 Objetivos da Pesquisa ... 21 1.2.2.1 Objetivo Geral ... 21 1.2.2.2 Objetivos específicos ... 21 1.2.3 Delimitação ... 21 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 22 2.1 PAVIMENTAÇÃO ... 22
2.1.1 Estrutura dos pavimentos ... 23
2.1.2 Definição das camadas constituintes dos pavimentos flexíveis ... 28
2.2 MATERIAIS INCORPORADOS NAS OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO ... 29
2.2.1 Materiais terrosos ... 29
2.2.2 Materiais pétreos ... 31
2.3 PAVIMENTOS ECONÔMICOS ... 31
2.4 CLASSIFICAÇÕES DOS SOLOS ... 34
2.4.1 Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS) ... 34
2.4.2 Sistema Rodoviário de Classificação (HRB/AASHTO) ... 37
2.4.3 Metodologia MCT - Miniatura Compactada Tropical ... 39
2.5 REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS ... 44 3 MÉTODO DE PESQUISA ... 45 3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 45 3.2 DELINEAMENTO ... 45 3.3 MATERIAIS ... 47 3.3.1 Solo ... 47
3.3.2 Fresado de Revestimento Asfáltico ... 48
3.3.3 Resíduo da Construção Civil (RCC) ... 49
3.4 ENSAIOS LABORATORIAIS ... 50
3.4.1 Preparo das amostras ... 50
3.4.2 Análise da granulometria ... 52
3.4.3 Limites de consistência ... 55
3.4.4 Massa Específica ... 58
4.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DOS MATERIAIS ... 65
4.1.1 Granulometria ... 65
4.1.2 Índices de Consistência do solo ... 66
4.1.3 Massa Específica dos materiais ... 67
4.2 CLASSIFICAÇÃO DO SOLO ... 68
4.3 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DAS MISTURAS ... 70
4.3.1 Compactação – Energia Intermediária ... 70
4.3.2 Índice de Suporte Califórnia (CBR) – Energia Intermediária ... 72
4.4 SÍNTESE DOS RESULTADOS ... 76
5 CONCLUSÃO ... 79
REFERÊNCIAS ... 82
1 INTRODUÇÃO
O presente estudo tem o intuito de buscar materiais de baixo custo que possam ser incorporados em camadas de pavimentos econômicos. Isto surge em função do cenário atual do setor rodoviário, que em decorrência do alto custo dos materiais usualmente empregados somados a escassez de recursos públicos, encontram-se em condições precárias a maioria das rodovias do Brasil. Dessa forma, o estudo busca analisar o solo proveniente do trecho não pavimentado da RSC-377 em estado natural e misturado com agregados graúdos que não apresentam destino adequado, como Material asfáltico (Fresado) e Resíduo da Construção Civil (RCC), a fim de constatar a possibilidade do uso em bases e sub-bases.
1.1 CONTEXTO
O tema deste estudo é vinculado ao projeto de pesquisa institucional da UNIJUÍ criado em 2012, denominado “Estudo de Solo Argiloso Laterítico para Uso em Pavimentos Econômicos” que avalia a utilização de solo argiloso laterítico, no estado natural e misturado a agregados, para a execução de bases e sub-bases, visando obter pavimentos mais econômicos. Os integrantes deste grupo de pesquisa já produziram diversos estudos com diferentes misturas com o solo, obtendo bons resultados. Este projeto está associado ao Grupo de Pesquisa em Novos Materiais e Tecnologias para Construção (cadastrado no Diretório de Grupos de Pesquisas no Brasil e certificado pela universidade).
Borré (2013), estudou misturas de solo-agregado utilizando brita em diferentes teores, constando que quanto maior a porcentagem adicionada ao solo, melhores foram os resultados para a incorporação em camadas de bases e sub-bases. Vale ressaltar que o estudo de misturas com solo mais agregado graúdo tende a apresentar uma melhor comparação ao usualmente executado nas camadas de bases e sub-bases em relação ao desempenho. Uma vez que estas camadas em geral são executadas com agregados graúdos (Brita Graduada Simples, Macadame Seco, etc.), conduzindo assim o interesse deste tema a autora deste trabalho.
Referente ao uso de solos em pavimentos econômicos, os estudos realizados por Villibor e Nogami (2009) evidenciam a favorável incorporação destes nas camadas inferiores do
pavimento. O solo é um material facilmente encontrado, abundante em todas as regiões e com menor valor de aquisição, com isso é de grande valia o conhecimento e estudo de suas propriedades para o seu melhor aproveitamento na engenharia. Dessa forma se torna de grande valia a utilização do solo com materiais reutilizados, a fim de dar um destino adequado e proporcionar menores custos as obras de pavimentação.
1.2 PROBLEMA
O crescimento acelerado das cidades juntamente com o aumento da frota de veículos vem superlotando as estradas do país, necessitando de melhorias e investimentos. Conforme a Confederação Nacional do Transporte (CNT, 2018), ocorre um crescimento anual na frota total de veículos, correspondendo a aproximadamente 2% ao ano, sendo que a região Sul é a segunda maior em quantidade de veículos, ficando atrás somente da região Sudeste do país.
Ainda segundo um estudo da (CNT, 2018), aproximadamente 61,1% da movimentação de cargas ocorre pelas rodovias do Brasil, dessa forma, necessitam de melhores condições, visto que exercem tamanha importância para a economia do país.
É visível o descaso de investimentos encontrado em diversas rodovias federais e estaduais do Brasil. Isso se afirma, pois o Anuário CNT do Transporte (CNT, 2018), demostra que aproximadamente 62% das rodovias avaliadas apresentam algum tipo de problema no estado geral. O mesmo anuário relata que 78,45% das rodovias existentes no país não são pavimentadas, correspondendo a 1.349.938,5 km de um total de 1.720.700,3 km de extensão sendo estas estradas nacionais, estaduais e municipais. Aponta ainda, que desse total de estradas não pavimentadas, 99% são vias de jurisdição estadual transitória, estadual e municipal.
Esta acentuada porcentagem de estradas não pavimentadas considerando as vias que não recebem tráfegos de alta intensidade, como estradas vicinais, condiz pelo alto custo de implantação do padrão usual, insuficientes investimentos em infraestrutura e carência de recursos públicos. Oposição a isto, a utilização de materiais alternativos, como por exemplo, os solos lateríticos, configuram um meio novo de grande relevância, por se referir a um pavimento de baixo custo (VILLIBOR et al., 2009).
Os mesmos autores definem solos lateríticos (later, do latim: tijolo), sendo superficiais, característico das partes bem drenadas das locais tropicais úmidos, decorrentes da transformação causada pelo intemperismo na parte superior do subsolo, sendo intitulado por processo de laterização. Estes solos são típicos da região de estudo da pesquisa em questão.
A utilização de solos locais na pavimentação se deu nos anos 50 no Estado de São Paulo, onde se encontraram valores muito elevados da capacidade de suporte (CBR) para variedade argilo-arenosas e argilas. Com isso estes solos locais passaram a serem empregados em camadas de reforço do subleito, subleito, sub-bases, apresentando comportamento extremamente satisfatório. Dessa forma começaram a ser incorporados também em camadas de bases gradativamente em trechos experimentais de rodovias, e na década de 60 nas vias urbanas (VILLIBOR et al., 2009).
Além disso, a necessidade de se encontrar materiais que possam ser misturados, de forma que apresentem boas condições de utilização, é de grande importância. Villibor et al. (2009), complementam que os solos argilosos lateríticos encontrados em muitas regiões do Brasil, em sua condição natural não apresentam condições adequadas para incorporação em bases de pavimentos. Contudo a incorporação de outros materiais como, areia e agregados graúdos descontínuos melhoram as características do solo, proporcionando a possibilidade de utilização para bases e sub-bases.
A mistura dos solos argilosos lateríticos com agregados graúdos descontínuos é conhecida como misturas SLAD (Solo Laterítico e Agregado Descontínuo), e de acordo com Villibor et al. (2009), já foram implantadas bases deste tipo, com espessura entre 12 e 15cm, em cidades como Ribeirão Preto e Araraquara no estado de São Paulo, na década de 70. Ainda segundo os autores, estas misturas são recomendadas para uso em bases com tráfego variando de leve a médio, e se caracterizam pelo uso de solo laterítico incorporado com agregado natural ou britado.
Considerando que o pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas, com composição de diversos materiais, com uma vida útil relativamente curta quando comparada a outros insumos da construção civil, é de extrema prudência a seleção dos materiais e sua implantação é primordial para garantir a vida de projeto, assim como diminuir as manutenções e aumentar o conforto ao
rolamento e a segurança, sendo que as irregularidades do pavimento exercem papel importante relacionado aos custos dos transportes (SALVIANO, 2015)
Sendo assim, buscam-se soluções alternativas, economicamente viáveis e funcionais, que venham a somar tanto para o problema do déficit rodoviário vivenciado no Brasil, quanto para a economia da implantação de uma rodovia. Com isso, instituíram-se pesquisas sobre o assunto na Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, no ano de 2012, com a concepção do projeto institucional “Estudo de solo argiloso laterítico para uso em pavimentos econômicos”, o qual segue duas linhas de pesquisa, sendo “Novos Materiais e Tecnologias para Construção” e “Engenharia e Meio Ambiente”, cadastrado no Diretório de Grupos de Pesquisa do Brasil do CNPq.
O presente trabalho estudou as características do solo retirado da RSC – 377, de um trecho de rodovia não pavimentada, que passa por Cruz Alta/RS e Santiago/RS. Além disso, foi feito o estudo das características físicas e mecânicas das misturas do solo com os resíduos numa porcentagem de 30%, visando analisar a possibilidade de utilização em camadas de bases e sub-bases.
1.2.1 Questões de Pesquisa
Esta pesquisa tem o intuito de responder as questões mencionadas a seguir: Questão principal:
A mistura do solo proveniente da RSC – 377 com agregado graúdo pode ser utilizado em camadas de pavimentos econômicos?
Questões secundárias:
Dentre os agregados graúdos utilizados neste trabalho, qual apresenta melhores resultados?
Em que camadas as misturas do solo da RSC-377 com agregado graúdo poderiam ser utilizadas?
1.2.2 Objetivos da Pesquisa
Os objetivos da pesquisa se refletem a seguir: 1.2.2.1 Objetivo Geral
Avaliar misturas de solo da RSC-377 e agregados graúdos de baixo custo para uso em bases e sub-bases de pavimentos econômicos através da incorporação dos resíduos de Fresado e Resíduo da Construção Civil (RCC), realizando ensaios de caracterização mecânica e física. 1.2.2.2 Objetivos específicos
Revisar a bibliografia sobre o uso de solo local argiloso laterítico em camadas do pavimento.
Revisar bibliografias sobre o uso dos resíduos de fresado e RCC juntamente com o solo.
Ensaios de caracterização física do solo: Granulometria, Índices de consistência (Limite de Liquidez, Limite Plasticidade e Índice de Plasticidade) e Massa Específica.
Ensaios de caracterização física do fresado: Granulometria e Massa Específica. Ensaios de caracterização física do RCC: Granulometria e Massa Específica. Classificação do solo: HRB/ASSHTO, SUCS e MCT.
Ensaios de caracterização mecânica do solo natural, solo com fresado, solo com RCC: Compactação (energia intermediária) e Índice de Suporte Califórnia (ISC/CBR) na energia intermediária.
Analisar os resultados para possível utilização dos resíduos em camadas de base e sub-base de pavimentos econômicos.
1.2.3 Delimitação
A pesquisa restringe-se em realizar ensaios laboratoriais a fim de diagnosticar a possibilidade de empregar misturas de fresado e solo argiloso laterítico, e misturas de RCC e solo argiloso laterítico em bases e sub-bases de pavimentos econômicos baseado nas características mecânicas apresentadas pelas misturas nos ensaios antes citados no item 1.2.2.2.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste item será descrito o embasamento da bibliografia referente aos temas desta pesquisa, que se dividem em: pavimentação, materiais incorporados nas obras de pavimentação, pavimentos econômicos, classificação dos solos e reutilização de resíduos.
2.1 PAVIMENTAÇÃO
Bernucci et al. (2006) conceitua o pavimento sendo uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras limitadas, que é construído acima da superfície final de terraplenagem. Tendo como objetivo resistir aos esforços provenientes do tráfego de veículos e das variações do clima, proporcionando aos usuários conforto ao rolamento, economia e segurança. Balbo (2007) complementa que o pavimento tem a finalidade de regularizar a superfície de rolamento, possibilitando comodidade e atenuação de ruídos oriundos do contato pneu revestimento. Referente à segurança, se faz necessário o atrito que o pavimento deve oferecer, a fim de reduzir a probabilidade de acidentes em pistas úmidas ou molhadas nos dias de chuva.
Além disso, é de grande importância que os materiais envolvidos na pavimentação apresentem um baixo custo, tendo em vista à utilização de materiais locais para as obras rodoviárias, que apresentem bom desempenho físico e mecânico (BALBO; 2007; p.16). Os pavimentos se classificam tradicionalmente em dois tipos: rígidos (revestimento executado com placas de concreto de cimento Portland) e flexíveis (revestimento constituído de agregado e ligante asfáltico) como cita Bernucci et al. (2006).
Os mesmos autores ainda comentam que a implantação de estradas ocorreu há mais de séculos, e uma das mais antigas estradas pavimentadas não era destinada a veículos com rodas, mas para o transporte de cargas com trenós. No começo já se tinha a preocupação em construir para resistir aos esforços que eram solicitados e a drenagem dos pavimentos, sendo que aos romanos foi atribuída a arte maior do planejamento e da construção viária. Contudo não havia um padrão para as construções viárias romanas, ainda que características comuns sejam encontradas. Balbo (2007) comenta que no Brasil uma das primeiras estradas reportadas foi em 1560 (Caminho do Mar – ligação São Vicente – Piratininga), recuperada em 1661 como Estrada do Mar e conhecida também como Calçada de Lorena, que no ano de sua recuperação o trecho mais
íngreme era pavimentado com concreto, e os trechos da serra executados com lajes de granito (pedra talhada) como mostra a Figura 1.
Figura 1: Seção do pavimento nos trechos da Calçada de Lorena (serra)
Fonte: (BALBO, 2007, p.16).
O grande impulso no setor rodoviário brasileiro ocorreu nas décadas de 1940 e 1950, devido à criação do Fundo Rodoviário Nacional (FRN) em 1946, e também a fundação da Petrobras em 1953 (BERNUCCI et al., 2006).
2.1.1 Estrutura dos pavimentos
Os pavimentos rodoviários são classificados em função da deformabilidade e dos materiais constituintes em três tipos: pavimentos flexíveis, rígidos e semirrígidos. Sendo tradicionalmente formados por três camadas: camadas superiores, camadas granulares e o solo de fundação (FRANCISCO, 2012).
A mesma autora acrescenta que as camadas superiores são constituídas de materiais granulares que se estabilizam com um ligante, sendo que, para pavimentos rígidos pode ser utilizado o ligante hidráulico, e para os pavimentos flexíveis o ligante asfáltico. As camadas granulares são formadas por agregados, britados ou naturais, e são estabilizadas mecanicamente pela compactação. O solo de fundação consiste no solo natural do local, que muitas vezes puramente já forma o subleito, porém em alguns casos, não apresenta as características mecânicas almejadas, necessitando ser submetido à estabilização ou adicionada uma camada de
características superiores, como é conhecida o reforço do subleito. Dessa maneira cada camada do pavimento exerce uma função, como mostra a Tabela 1.
Tabela 1: Função das camadas e da fundação de um pavimento
Fonte: (FRANCISCO, 2012, p.7).
Balbo (2007) complementa que a principal diferença entre os tipos de pavimentos se encontra no material do revestimento das camadas superiores, estando diretamente ligada ao comportamento que cada um exerce quando submetidos às sobrecargas.
Dessa forma, para a escolha do tipo de pavimento o que influencia é a intensidade do tráfego, a qualidade resistiva do solo de fundação, e a qualidade dos materiais existentes (FRANCISCO, 2012).
Os pavimentos rígidos, também conhecidos como pavimentos de concreto-cimento ou concreto de cimento Portland, consistem em placas de cimento que compõem o revestimento final da pavimentação. As espessuras são fixadas em função da resistência a flexão das placas e das camadas subjacentes, se dividindo em sub-base e na placa de concreto, como mostra a Figura 2 (BERNUCCI et al., 2006).
Figura 2: Estrutura do pavimento rígido
Fonte: (BERNUCCI et al. 2006, p.10).
Estes pavimentos rígidos possuem uma menor deformabilidade em consequência da camada superior dos pavimentos rígidos serem formadas por concreto de cimento, que desempenha o papel da camada de desgaste e base numa única camada (FRANCISCO, 2012).
Os pavimentos flexíveis conhecidos tipicamente como pavimentos asfálticos equivalem a uma mistura basicamente de agregados e ligantes asfálticos. Sendo necessária a composição de duas camadas abaixo deste revestimento, a base, a sub-base e dependendo das características do solo da fundação local, um reforço do subleito. Neste revestimento as espessuras das camadas são definidas de acordo com o projeto, tendo como base as solicitações do tráfego de veículos e características do local. A estrutura deste tipo de pavimento é mostrada na Figura 3 (BERNUCCI et al., 2006).
Figura 3: Estrutura do pavimento flexível
Fonte: (BERNUCCI et al. 2006, p.10).
Estes pavimentos apresentam maiores deformabilidades comparadas aos pavimentos rígidos. Neste tipo as camadas superiores, camadas betuminosas e em alguns casos, camada de base, são as que conferem resistência à tração, por consistirem em materiais ligados entre si, e assim asseguram uma resistência à fadiga. Já as camadas inferiores constituídas de material granular não ligado entre si e juntamente com o solo de fundação atribuem ao pavimento resistência às tensões de compressão (FRANCISCO, 2012).
Balbo (2007), comenta sobre o comportamento apresentado por cada tipo de pavimento quando submetido ao carregamento. Ao ser submetido a uma sobrecarga o pavimento flexível impõe na estrutura um campo de tensões mais concentrado no ponto de aplicação da carga, já no rígido este campo de tensões fica mais disperso e distribuído. O mesmo autor complementa que uma estrutura rígida exerce pressões menores sobre o subleito, absorvendo as tensões distribuídas nas placas, ocasionando maior probabilidade de fissuras neste revestimento. O contrário ocorre com a estrutura flexível, que distribui as pressões pontualmente no subleito aliviando as tensões no revestimento. Na Figura 4 pode ser observada esta distribuição de tensões no pavimento flexível (a) e pavimento rígido (b).
Figura 4: Distribuição das tensões nos pavimentos
Fonte: (BALBO, 2007, p.50).
Existem algumas situações que na camada abaixo do revestimento, conhecida como base, há a possibilidade de ser composta por materiais quimicamente estabilizados, que melhoram a rigidez e coesão, suportando esforços de tração. Quando ocorre a composição de bases ou sub-bases por materiais cimentantes, surge a denominação de pavimentos semirrígidos (BERNUCCI et al., 2006). Como conceitua o Manual de Pavimentação do (DNIT, 2006, p. 95), sendo caracterizado por: “uma base cimentada por algum aglutinante com propriedades cimentícias como, por exemplo, por uma camada de solo cimento revestida por uma camada asfáltica”. Na Figura 5 é possível visualizar como são divididas as definições de bases e sub-bases, seja rígida, flexível, e semirrígida.
Figura 5: Definições de bases e sub-bases
Fonte: Manual de Pavimentação do DNIT (2006, p. 96).
2.1.2 Definição das camadas constituintes dos pavimentos flexíveis
Como já citado no item 2.1.1 as camadas constituintes deste tipo de pavimento, neste subitem serão descritas suas definições.
Revestimento: é a camada superficial onde todas as tensões derivadas do tráfego serão aplicadas, este pode ser executado com concreto asfáltico, constituído de ligante betuminoso e agregado (HERMES, 2013). Senço (2001), acrescenta que revestimento “é a camada mais nobre do pavimento, devendo a sua execução ser procedida de detalhados ensaios de dosagem e acompanhada por rigorosos ensaios de controle”.
Base: tem a função de aliviar os esforços e distribuí-los para às demais camadas inferiores. A escolha do material utilizado depende principalmente dos tipos existentes na região onde ela será executada, uma vez que existe uma diversidade de materiais para esta camada (HERMES, 2013).
Sub-base: é executada logo abaixo da camada de base, mas é construída com características de suporte inferiores, pelo fato de receber menor solicitação de tensão. Os materiais utilizados nesta camada podem ser os mesmos utilizados na camada de base (HERMES, 2013).
Reforço do subleito: consiste na camada que recebe uma estabilização granulométrica, sendo executada sobre o subleito adequadamente compactado e regularizado, tornando-se necessário sua utilização quando o subleito não apresenta boa capacidade de suporte, ou também quando se torna necessário reduzir espessuras elevadas da sub-base (DNIT-ES 138/2010).
Subleito: Não necessariamente é uma camada do pavimento, e sim o terreno natural, correspondendo à fundação da rodovia. Este é responsável por dissipar todo e qualquer esforço resultante de suas camadas superiores. Conforme a profundidade as ações são distribuídas. Os materiais que compõem são naturais estáveis e compactos, como em cortes do leito estradal, ou, no caso de aterros, componentes transportados e compactados (BALBO, 2007).
2.2 MATERIAIS INCORPORADOS NAS OBRAS DE PAVIMENTAÇÃO
Conforme comenta Bernucci et al. (2006), para a escolha dos materiais das camadas do pavimento, se faz uma seleção e caracterização das suas propriedades. No geral os materiais empregados na pavimentação são compactados, devem ser resistentes, pouco deformáveis, e com permeabilidade condizente com sua função na estrutura. Basicamente os materiais são constituídos por agregados, solos, e ocasionalmente aditivos (cimento, cal, emulsão asfáltica, entre outros). O Manual de Pavimentação do DNIT (2006) segmenta estes materiais em duas principais denominações, os terrosos e os pétreos.
2.2.1 Materiais terrosos
Os materiais terrosos se caracterizam basicamente por solos, encontrados abundantemente na natureza e também utilizados nas obras de pavimentação, tanto no leito estradal, como em terraplenagens, bases e sub-bases. A origem dos solos advém da decomposição de rochas causada pela ação do intemperismo na natureza (BERNARDI, 2013).
O Manual de Pavimentação do DNIT (2006) considera solo como qualquer material que possibilite a escavação com pá, picareta, escavadeira, sem necessidade de explosivos. A Figura 6 apresenta o perfil proveniente da decomposição das rochas.
Figura 6: Perfil proveniente da decomposição das rochas e formação dos solos
Fonte: Manual de Pavimentação do DNIT (2006, p. 18).
Ainda segundo Manual de Pavimentação do DNIT (2006), os solos podem ser divididos em dois grandes grupos: solos residuais e solos transportados. Solos residuais consistem da
decomposição rochosa que permanece no local da decomposição, já os solos transportados consistem no transporte do material provindo da decomposição das rochas, para um local diferente da sua origem.
O mesmo manual cita que os solos transportados podem ser distinguidos entre:
a) Solos coluviais: o transporte se deve à ação da gravidade, encontrados ao pé de elevações e encostas;
b) Solos eólicos: depositados no decorrer do litoral, formando as dunas;
c) Solos de aluvião: são arrastados pelas águas e depositados quando a corrente d’água sofre uma redução na sua velocidade;
d) Solos orgânicos: ocorrem em áreas topográficas e geograficamente bem caracterizadas, como nas bacias e depressões continentais, nas baixadas marginais dos rios e baixadas litorâneas. Tendo a presença da decomposição da matéria orgânica.
Pinto (2006) apresenta os seguintes conceitos relacionados à subdivisão dos solos residuais conforme a profundidade que se encontra:
a) Residuais maduros: os que não possuem sinais da morfologia primária de sua rocha original (rocha-mãe);
b) Saprolitos: os que possuem a morfologia da rocha original;
c) Rocha alterada: é possível visualizar grandes vestígios de aglomerados da rocha-mãe.
A NBR 6502 (ABNT, 1995) define a classificação pelo tamanho das partículas como: a) Pedregulho: fragmento de solo, com partículas de diâmetro entre 60 e 2 mm; b) Areia: porção de solo de diâmetro correspondente entre 2,0 e 0,06 mm;
Areia grossa: no intervalo de 2,0 e 0,6 mm;
Areia média: no intervalo de 0,6 e 0,2 mm;
Areia fina: no intervalo de 0,2 e 0,06 mm.
d) Argila: elementos, cujos diâmetros são inferiores a 0,002 mm. 2.2.2 Materiais pétreos
De acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (2006), os materiais pétreos usados em pavimentação são conhecidos como agregados, podendo ser naturais ou artificiais. Os naturais consistem naqueles que são utilizados como se encontram na natureza, como o pedregulho, os seixos rolados, etc. Já os artificiais necessitam de uma transformação física e química do material natural para sua utilização, como a escória e a argila expandida.
Em relação ao tamanho individual dos grãos o mesmo manual classifica em três denominações:
a) Agregado graúdo: é o material retido na peneira nº 10 (2,0 mm), como britas, cascalhos, seixos, etc.
b) Agregado miúdo: é o material que passa na peneira nº 10 (2,0 mm) e fica retido na peneira nº 200 (0,075 mm), como pó-de-pedra, areia, etc.
c) Agregado de enchimento ou material de enchimento (filler): é o que passa pelo menos 65 % na peneira nº 200 (0,075 mm), como cal extinta, cimento Portland, pó de chaminé, etc.
Conforme Balbo (2007) existem materiais fundamentais à composição das camadas inferiores, como base e sub-base. Pode-se citar: a Brita Graduada Simples (BGS), Macadame Seco (MS) e Macadame Hidráulico (MH), Bica Corrida (BC), Solos Arenosos Finos Lateríticos (SAFL), Solo Laterítico Concrecionado (SLC), Solo Saprolítico (SS), Solo-Brita (SB) e revestimentos poliédricos rochosos, conhecidos usualmente por paralelepípedos.
2.3 PAVIMENTOS ECONÔMICOS
Villibor et al. (2009), conceituam pavimento econômico como aquele que tem o intuito de diminuir os custos de estruturação de vias, utilizando meios alternativos ao uso de materiais tradicionais. Um dos meios é utilizar bases constituídas de solos locais em seu estado natural, assim como realizar misturas com a incorporação de materiais de baixo custo, reduzindo de
alguma forma o preço da composição quando relacionados às bases tradicionais, como brita graduada, solo-cimento, macadame seco ou macadame betuminoso.
Outro meio citado pelos autores é fazer o uso de revestimento betuminoso que não ultrapasse 3 (três) centímetros de espessura para Tratamentos Superficiais (TS), e 2,5 (dois centímetros e cinco milímetros) para Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ). Por fim comenta que deve resistir a tráfegos de, no máximo, nível médio e atender a N < 5x106 solicitações do eixo simples padrão, com pressão de 80 kN e no máximo 30% do VDM condizendo a veículos comerciais. A Figura 7 mostra a seção transversal de um pavimento de baixo custo.
Figura 7: Seção transversal do pavimento econômico
Fonte: Villibor e Nogami (2009, p. 201).
Nos pavimentos econômicos podem-se utilizar bases compostas por solo laterítico, solo laterítico mais agregado, ou solo mais areia natural (ALA), conforme comenta Villibor e Nogami (2009):
a) Solos Arenosos Finos Lateríticos (SAFL): são solos que possuem uma categorização geotécnica em seu estado natural, pela metodologia MCT, sendo LA, LA’ ou LG’.
b) Conjuntos de solos lateríticos misturados com agregados:
Solo Laterítico e Agregado Descontínuo (SLAD): é a mistura de solo e agregado graúdo, composição de granulometria mais espessa, com alto potencial de uso em consequência
da grande diversidade de agregados existentes no território, podendo compor as misturas com solo laterítico;
Argila Laterítica e Areia (ALA): é o composto de solo mais agregado miúdo, mistura de granulometria fina, a qual objetiva auferir propriedades semelhantes às características dos SAFL.
Ainda segundo os mesmos autores um mapa do território brasileiro demonstra as possíveis incidências de jazidas de solos arenosos lateríticos, do tipo LA e LA’ e argiloso laterítico (LG’), como pode ser visto na Figura 8.
Figura 8: Incidência de solos lateríticos
Fonte: Villibor e Nogami (2009, p. 206).
Como pode ser observado existe a incidência de SAFL e Solos Argilosos Lateríticos em aproximadamente 65% do território nacional.
Conforme recomendam os autores Villibor e Nogami (2009), na ocorrência de problemas com a identificação de jazidas de SAFL, ou também para distâncias até as obras que possuam o
deslocamento impraticável em situações econômicas, devem ser adotadas composições de solos lateríticos e agregados. Sendo então incorporadas porcentagens de 20, 30 e 40%, em peso, de areia, ou solo LA (Laterítico Argiloso), a amostragens de latossolos argilosos (LG’). Através dos ensaios pela classificação MCT (Miniatura Compactada Tropical), é averiguado o enquadramento das misturas como adequadas ou não para uso em bases e sub-bases de pavimentos.
Existe grande credibilidade para o uso de bases e sub-bases utilizando solos. Visto que já foram implantados trechos experimentais de bases e sub-bases de Solos Arenosos Finos Lateríticos (SAFL), no estado de São Paulo nos anos 50, os quais apresentaram resultados satisfatórios para pavimentação. Atualmente mais de 50 cidades paulistas e também de outros estados como Bahia, Paraná, Acre e Goiás têm implantado este conceito de pavimentação de baixo custo. Sendo estimado aproximadamente 20 milhões de rodovias vicinais no Brasil, construídas com bases de solos lateríticos (VILLIBOR et al., 2009).
2.4 CLASSIFICAÇÕES DOS SOLOS
Como o solo é um material proveniente da natureza em diferentes formas, é necessário estudar as suas propriedades através de ensaios laboratoriais, com a finalidade de classifica-los e determinar adequadas utilizações para os mesmos. Assim foram desenvolvidos vários sistemas de classificação, como: o Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS), o Sistema Rodoviário de Classificação (HRB/AASHTO) e o Miniatura Compactada Tropical (MCT) (MANUAL DE PAVIMENTAÇÃO DO DNIT, 2006).
2.4.1 Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS)
Também conhecido internacionalmente como USCS (Unified Soil Classification System), criado por Arthur Casagrande, em 1942, o sistema qualifica os solos de acordo com suas características de textura e plasticidade, ou seja, considera as percentagens de pedregulhos, areias e finos, a forma da curva granulométrica, a plasticidade e compressibilidade, segmentando-os em grupos afins conforme o seu comportamento em aplicações em aterros, fundações, estradas e aeroportos (MANUAL DE PAVIMENTAÇÃO DO DNIT, 2006).
O mesmo manual discorre que as principais divisões são: solos de granulação grossa (mais de 50% em peso retido na peneira nº 200) que compõem os grupos G ou S, solos de granulação fina (mais de 50% em peso passando na peneira nº 200) constituindo os grupos M, C ou O, e solos altamente orgânicos (facilmente identificáveis pelo seu aspecto). Sendo possível observar na Tabela 2 um conjunto de letras, às quais, a cada duas, indicam o comportamento do solo.
Tabela 2: Nomenclaturas das letras usadas pelo sistema SUCS
Fonte: Manual de Pavimentação do DNIT (2006, p. 62).
O Manual de Pavimentação do DNIT (2006) comenta que as principais vantagens do emprego da SUCS se encontram na identificação do campo, sendo adotada uma simbologia baseada na natureza do solo juntamente com o valor prático das indicações a diversos ramos da engenheira de solos. Dentro desta classificação é de grande importância o cálculo dos limites de consistência do solo principalmente para os solos finos, fazendo parte das características a serem estudadas dentro da SUCS.
Estes limites se baseiam na determinação do Índice de Plasticidade (IP), Limite de Plasticidade (LP) – NBR 7180/2016, e Limite de Liquidez (LL) – NBR 6459/2016. A partir dos ensaios de LP e LL se faz o uso do gráfico de plasticidade para solos finos de Arthur Casagrande, que é apresentado na Figura 9, encontrando assim a classificação deste solo pela SUCS.
Figura 9: Gráfico de plasticidade para solos finos
Fonte: Manual de Pavimentação do DNIT (2006, p. 60).
Com a quantidade passante ou retida na peneira nº200 e os valores dos limites de plasticidade, verifica-se o enquadramento e classificação do solo utilizando a Tabela 3.
Tabela 3: Sistema SUCS de classificação
2.4.2 Sistema Rodoviário de Classificação (HRB/AASHTO)
Conhecido internacionalmente como Highway Research Board (HRB), é adotado pela American Association of State Highway Transportation Officials (AASHTO), que se refere à metodologia de dimensionamento de pavimentos por meio do Índice de Grupo (IG) e também nos índices de consistência e granulação do solo, como comenta o Manual de Pavimentação do DNIT (2006). Ainda para Balbo (2007) o IG é um parâmetro essencial para estimar a capacidade de suporte do solo.
Para esta classificação os solos são agrupados em função das características dos índices de consistência e da granulação dos solos. A classificação é realizada por processo de eliminação da esquerda para a direita no quadro, sendo determinado o grupo ao qual o solo faz parte, como mostra Tabela 4. O primeiro grupo com o qual o solo ensaiado condizer, será a sua classificação.
Tabela 4: Tabela de classificação HRB/AASHTO
O índice de grupo (IG) varia de 0 a 20 e corresponde a um valor numérico calculado pela Equação (1) conforme o Manual de Pavimentação do DNIT (2006).
IG= 0,2. a + 0,005. a.c + 0,01. b.d (1) Onde:
a: % passante na peneira nº 200 menos 35. Se a % for maior que 75 adota-se 75, se for menor que 35, adota-se 35. (“a” varia de 0 a 40)
b: % passante na peneira nº 200 menos 15. Se a % for maior que 55 adota-se 55, se for menor que 15, adota-se 15. (“b” varia de 0 a 40)
c: % valor de LL menos 40. Se o LL for maior que 60 adota-se 60, se for menor que 40, adota-se 40. (“c” varia de 0 a 20)
d: % valor do IP menos 10. Se o IP for maior que 30 adota-se 30, se for menor que 10, adota-se 10. (“d” varia de 0 a 20)
Com o valor obtido de IG, os índices de consistência e granulometria encontra-se o grupo do solo pela HRB/AASHTO. Conforme o Manual de Pavimentação do DNIT (2006) os grupos e subgrupos com suas características são descritos a seguir:
a) Grupo A-1: consistem em materiais de uma composição bem graduada de pedregulhos ou pedras fragmentadas, areia fina, areia grossa e um coalescente de solo não plástico ou de pouca plasticidade.
Subgrupo A-1-a: engloba pedregulhos ou pedras fragmentadas, incluindo ou não material fino com boa graduação que serve como aglutinante.
Subgrupo A-1-b: engloba principalmente solos compostos por areia grossa, com ou sem material aderente de solo com boa graduação.
b) Grupo A-2: engloba diversos materiais, pois entram os solos com até 35% de material passando na peneira de nº 200 e aqueles que não se encaixam, pelo seu teor de finos ou plasticidade, nos grupos A-1 ou A-3.
Subgrupos A-2-4 e A-2-5: solos que possuem até 35% de material passante na peneira de nº200, tendo retenção menor na peneira de nº 40, ainda com vestígios de A-4 ou A-5.
Subgrupos A-2-6 e A-2-7: solos com as mesmas características dos materiais acima descritos, contudo possuem parcela de argila plástica com atributos dos grupos A-6 e A-7.
c) Grupo A-3: contém areia fina de deserto ou praia, ausentes de porções de argila ou silte. Fazem parte ainda areias finas mal graduadas com quantias escassas de areia grossa e pedregulho.
d) Grupo A-4: consistem em siltes sem plasticidade ou relativamente plásticos, possuindo no mínimo 5% de material passando na peneira de nº 200. Agrega composições de solos finos siltosos com areias e pedregulhos retidos no máximo 64% na peneira nº 200.
e) Grupo A-5: material semelhante ao grupo A-4, contudo possui, na maioria das vezes, propriedade diatomácea ou micácea, de alta elasticidade, como é indicado por seu Limite de Liquidez (LL).
f) Grupo A-6: abrange argilas plásticas com no mínimo 75% de material, passando na peneira de nº 200. Composições de solos finos argilosos com no mínimo 64% de pedregulho e areia não passante na peneira. Alta alternância de volume nos seus estados secos e úmidos.
g) Grupo A-7: abrange solos de características parecidas com o grupo A-6, no entanto, com alto LL, por vezes elástico e grande variância volumétrica.
Subgrupo A-7-5: solos com alta elasticidade e sujeito a variações volumétricas altas e com IP moderados quando comparados ao LL.
Subgrupo A-7-6: solos com alto IP, relacionados ao LL, ainda sujeitos a altas variações volumétricas.
2.4.3 Metodologia MCT - Miniatura Compactada Tropical
Villibor e Nogami (2009) comentam que essa classificação permite a verificação do comportamento laterítico ou não dos solos, dando subsídios para avaliação mecânica e hidráulica
dos solos típicos dos climas tropicais úmidos. Dessa maneira diversos problemas do estudo geotécnico foram superados desde a sua apresentação em 1981, como por exemplo, a escolha algumas vezes incoerente das outras classificações, onde definia tal solo com baixa capacidade de suporte e inadequado, quando na verdade não seria isso. Esse fato se deve principalmente por estas classificações ter como base somente as propriedades índices (limites de consistência e granulometria).
O método MCT é composto por ensaios em corpos de prova com tamanhos reduzidos, em moldes em formato cilíndrico com diâmetro de 50 milímetros, fato que originou as siglas M (miniatura), C (compactação) e T (tropical). Villibor e Nogami (2009) apresentam nove experimentações da metodologia MCT, sendo divididos em dois grupos de ensaios:
Mini-CBR e associados; Mini-MCV e associados;
Com a realização dos ensaios do grupo Mini-CBR e associados se obtém as características dos solos apropriados para bases de pavimentos, determinando a compactação mini-Proctor (M1), capacidade de suporte e expansão (M2), contração (M3), infiltrabilidade e permeabilidade (M4), penetração da imprimadura betuminosa (M6) e mini-CBR de Campo – procedimento dinâmico
(M7). Já com os ensaios Mini-MCV e associados são fornecidos os parâmetros necessários para
encontrar o grupo do solo pela classificação MCT, obtendo os coeficientes c’ e e’ por meio dos seguintes ensaios:
Ensaio Mini-MCV – M5 (DNER-ME 258/94);
Ensaio de Perda de Massa por Imersão - M8 (DNER-ME 256/94); Classificação MCT (M9);
Baseada nas classes não laterítico e laterítico, o Manual de Pavimentação do DNIT (2006) apresenta as propriedades típicas dos solos, segundo os diferentes grupos classificatórios desta metodologia, como mostra a Tabela 5.
Tabela 5: Propriedades típicas dos solos na classificação MCT
Fonte: Manual de Pavimentação do DNIT (2006, p. 69)
Villibor e Nogami (2009) comentam que esta classificação se baseia nas propriedades mecânicas e hídricas dos solos de climas tropicais úmidos, tornando possível separá-los em duas categorias: Solos Lateríticos, denominados pela letra L e Solos não Lateríticos (saprolíticos), pela letra N.
Os Solos de comportamento Laterítico (L) se subdividem em três grupos:
LA (Areia Laterítica Quartzosa): Estes apresentam elevada capacidade de suporte e módulo de resiliência, no entanto não são desejáveis para uso em pavimentos econômicos, visto que quando compactados se mostram permeáveis, pouco coesivos e contráteis quando secos.
LA’ (Solo Arenoso Laterítico): Apresentam elevada capacidade de suporte e módulo de resiliência, baixa permeabilidade e pequena expansão quando submetido à imersão em água, sendo desejáveis para a utilização de bases e sub-base de pavimentos econômicos. Estes são conhecidos pedológicamente por latossolos arenosos.
LG’ (Solo Argiloso Laterítico): Apresentam propriedades semelhantes as do solo LA’ quando possuem grande porcentagem de grão de areia, são conhecidos pedológicamente por latossolos, solos podzólicos e terra roxa estruturada.
Os Solos não lateríticos (N) se subdividem em quatro grupos:
NA (Areias não Lateríticas): consistem em areais, siltes e misturas de areia e silte, onde os grãos são compostos de quartzo e/ou mica, sem a presença considerável de finos argilosos coesivos e siltes caoliníticos, apresentando pequena capacidade de suporte ao serem compactados.
NA’ (Solos Arenosos não Lateríticos): São solos saprolíticos originados de rochas ricas em quartzo como granitos, gnaisses, arenitos e quartzitos impuros, consistem nas misturas de areias quartzosos e finos passantes na peneira nº 200.
NS’ (Solos Siltosos não Lateríticos): Apresentam baixa capacidade de suporte ao serem imersos em água depois de compactados, são saprolíticos resultantes de intemperismo tropical nas rochas eruptivas e metamórficas.
NG’ (Solos Argilosos não Lateríticos): São solos saprolíticos oriundos de rochas sedimentares argilosas.
A partir da realização do ensaio Mini-MCV são obtidos os coeficientes c’ e d’ pelos gráficos gerados no experimento. Com o coeficiente d’ e o coeficiente Pi encontrado no ensaio de Perda de Massa por Imersão, calcula-se o parâmetro e’ pela Equação 2 demostrada a seguir.
e'=
√ (2)Onde:
e': índice de laterização;
Pi: Perda de Massa por imersão;
d’: inclinação da parte retilínea do ramo seco da curva correspondente a 12 golpes no ensaio M5.
Figura 10: Gráfico de classificação pela MCT
Fonte: Villibor e Nogami (2009, p. 54)
Os mesmos autores citam as áreas do gráfico recomendadas e de aceitação para uso dos solos em camadas do pavimento, como mostra a Figura 11.
Figura 11: Zona de aceitação no gráfico da MCT
2.5 REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS Fresado
Este resíduo é proveniente da fresagem que consiste na remoção de uma ou mais camadas do revestimento antigo com a máquina fresadora. A fresadora e este processo devem seguir as prescrições da norma DNIT 159/2011-ES, que especifica três tipos de fresagem quanto a rugosidade resultante da pista: padrão (espaço de 15mm entre os dentes de corte), fina (espaço de 8mm entre os dentes de corte) e microfresagem (espaço de 2 a 3mm entre os dentes de corte) ligadas diretamente com a granulometria do fresado. Bonfin (2007), comenta que esta técnica é frequentemente adotada em processos de manutenção e restauração de rodovias, a fim de solucionar patologias como: a elevação do greide das estradas, a propagação de trincas, o alteamento dos dispositivos de drenagem, correção de defeitos superficiais, entre outros. Complementar a isto o Manual de Pavimentação do DNIT (2006), expõe a importância de reciclar o resíduo de fresado, pois este oferece diversas vantagens relacionadas aos agregados convencionais virgens, como por exemplo, a conservação de agregados, ligantes e de energia, a preservação do meio ambiente e a restauração das condições geométricas existentes da pista de rolamento.
Resíduo da Construção Civil (RCC)
De acordo com a Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) Nº 307 de 2002, os resíduos da construção civil consistem nos materiais provenientes das construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, composto por: tijolos, blocos cerâmicos, concreto em geral entre outros (BRASIL, 2002). A Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais (ABRELPE) em 2011 comenta que os resíduos sólidos da construção civil correspondem a 50% do total de resíduos das cidades, sendo visível a necessidade da reutilização adequada do material. O uso se torna viável, pois “os agregados reciclados apresentam valor de mercado cerca de 20 a 30% inferior ao das britas graduadas simples” (MOTTA et al., 2005).
3 MÉTODO DE PESQUISA
Neste capítulo será descrito sobre o método de abordagem, com esclarecimentos referentes à pesquisa. Na sequência serão abordadas as técnicas que foram utilizadas e os materiais empregados para execução da pesquisa, e por fim especificados os procedimentos e métodos de ensaios adotados.
3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA
O formato de pesquisa caracteriza-se como indutiva, pois o estudo se refere à análise das características do solo in natura e misturado com dois tipos de resíduos para possível utilização na estrutura de pavimentos econômicos. Objetiva analisar características advindas das classificações para aplicação deste solo, diminuindo custos das obras rodoviárias.
A pesquisa deste trabalho é classificada quanto à natureza como “aplicada”; quanto à forma de abordagem do problema “qualitativa”, pois objetiva dar uma solução econômica para bases e sub-bases de pavimentos, e faz o uso de resultados para chegar a uma conclusão, e quanto aos seus objetivos, “descritiva”. Caracteriza-se devido aos procedimentos, como “bibliográfica”, com embasamento nas fontes teóricas relacionadas ao tema. Ainda se caracteriza em “experimental”, pela verificação de relação entre variáveis, observando os resultados encontrados nos ensaios, a fim de observar os efeitos produzidos.
3.2 DELINEAMENTO
Depois de concluída a revisão bibliográfica foi realizada a preparação de amostras de solo e dos resíduos, e a caracterização através de ensaios laboratoriais. Com o solo, material asfáltico (Fresado) e Resíduo da Construção Civil (RCC) foram realizados os ensaios para caracterização destes materiais. Para as misturas de 100% Solo, 70%Solo+30%Fresado e 70%Solo+30%Fresado foram executados ensaios geotécnicos de caracterização mecânica. Dos resultados obtidos avaliaram-se suas propriedades para aceitação e escolha da(s) mistura(s) adequada(s) para uso em bases de pavimentos econômicos. A Figura 12 mostra um fluxograma de como foi o decorrer da pesquisa.
Figura 12: Delineamento da pesquisa
Fonte: Autoria própria (2019).
Como pode ser visualizado, o planejamento da pesquisa se deu primeiramente através da análise e levantamento bibliográfico referente ao tema, posteriormente a coleta e caracterização dos solos e materiais que foram misturados, realizando os procedimentos laboratoriais e finalmente a análise dos resultados e considerações finais.
PESQUISA BIBLIOGRÁFICA SOBRE O TEMA COLETA DOS MATERIAIS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO Mini-MCV
Perda de Massa por Imersão Granulometria
Limites Consistência
Classificação SUCS e HRB/ASSHTO Massa Específica RSC-377 DNIT LEC ENSAIOS DO SOLO E DAS MISTURAS
Compactação - Energia Intermediária CBR - Energia Intermediária
ANÁLISE DOS RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS Solo Fresado e RCC Granulometria Massa Específica Classificação MCT
Primeiramente foi feita a coleta do solo na RSC-377 no trecho não pavimentado. Os materiais que foram misturados como já citado neste trabalho, foram o fresado e o resíduo da construção civil (RCC), em estado de agregados graúdos. Serão realizados os procedimentos baseados no SUCS, HRB/AASHTO e metodologia MCT para classificação do solo em estudo, e as caracterizações prescritas nas normas técnicas para os resíduos. As misturas do solo com os resíduos serão ensaiadas no LEC – Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ - para averiguar suas características mecânicas e possível utilização em camadas de bases e sub-bases.
3.3 MATERIAIS
Nesta seção serão apresentados os materiais utilizados na pesquisa, sendo eles: Solo da RSC-377, Resíduo de Fresado e Resíduo da Construção Civil (RCC).
3.3.1 Solo
O solo do estudo foi coletado num trecho não pavimentado da RSC-377, necessitando de uma quantidade de aproximadamente 300 kg para realização de todos os ensaios. Caputo (2015) recomenda que a coleta seja feita do subsolo (horizonte b), pois é onde o solo já se encontra maduro, sem vestígios da rocha originária, e de material orgânico da camada superior. A localidade da rodovia onde foi retirado o solo é mostrada na Figura 13.
Figura 13: Localização da RSC-377
O solo foi retirado de um talude no decorrer do trecho não pavimentado, como mostra a Figura 14.
Figura 14: Talude de coleta do solo
Fonte: Autoria própria (2019). 3.3.2 Fresado de Revestimento Asfáltico
O material foi disponibilizado pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) na cidade de Cruz Alta, sendo este fresado resultante da fresagem da BR-158 com revestimento pertencente a Faixa C do DNIT regido pela norma DNIT 031/2006 – ES.
O fresado em seu estado natural apresenta diferentes granulometrias dos agregados, sendo utilizado desta forma em muitas estradas vicinais, pois a separação para uso de somente uma granulometria buscando a homogeneidade da amostra se torna inviável em campo, assim como tornaria seu custo elevado.
Dessa forma foi realizado um peneiramento de toda amostra na peneira nº 1’’ (25,4 mm), a fim de retirar o material mais grosseiro e utilizar a amostra passante para realização dos ensaios. O principal objetivo da retirada do material mais grosseiro se deu pela busca de manter
granulometrias similares nos dois resíduos analisados na pesquisa. A Figura 15 (A) mostra o local de coleta do material e na Figura 15 (B) a amostra peneirada para ser utilizada nos ensaios.
Figura 15: Fresado utilizado para a pesquisa
Fonte: Autoria própria (2019). 3.3.3 Resíduo da Construção Civil (RCC)
O material estava disponibilizado no Laboratório de Engenharia Civil (LEC), pois faz parte do estudo realizado pelo grupo de pesquisa em RCC do grupo PET. Este resíduo é advindo da Empresa RESICON - Central de Triagem e Reciclagem de Resíduos de Construção Civil do Noroeste do RS, que está localizada no município de Santa Rosa (RS), próximo a ERS 344, km 36,5.
O resíduo foi utilizado em estado de agregado graúdo não sendo passado o material em nenhuma peneira, utilizando da mesma forma que estava disposto no laboratório, como mostra a Figura 16, a fim de tornar a comparação entre os resíduos mais coerentes.
