BRUNA THAYS UHDE
CARACTERIZAÇÃO DE SOLOS ARENOSOS FINOS LATERÍTICOS
NO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL PARA USO
EM PAVIMENTOS ECONÔMICOS
Ijuí 2017
CARACTERIZAÇÃO DE SOLOS ARENOSOS FINOS LATERÍTICOS
NO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL PARA USO
EM PAVIMENTOS ECONÔMICOS
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Me. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs
Ijuí 2017
CARACTERIZAÇÃO DE SOLOS ARENOSOS FINOS LATERÍTICOS
NO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL PARA USO
EM 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, 20 de Junho de 2017.
Prof. Carlos Alberto S. P. Wayhs Mestrado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul – Orientador Prof. Lia Geovana Sala Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ
BANCA EXAMINADORA Prof. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs (UNIJUÍ) Mestrado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul Prof. André Luiz Böck Doutorado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil
Dedico este trabalho, aos meus amados pais Gilson e Neide que sempre acreditaram е investiram em mim.
Agradeço primeiramente a Deus que esteve comigo me guiando em toda a caminhada, me dando força e saúde, e permitindo que tudo isso acontecesse.
Aos meus pais Gilson e Neide e meu irmão Bruno por não mediram esforços para que eu chegasse até aqui, sempre me cobrindo de muito amor, valeu a pena superar a distância e a saudade. A toda minha família, avós, tios e primos, o bem mais precioso que podemos ter, por compreenderem todos os encontros de família e aniversários em que não pude estar presente devido aos compromissos da faculdade, que nossa fraternidade seja eterna e que nossos encontros sejam constantes.
Meu agradecimento também ao meu namorado Eduardo, que de forma carinhosa me deu força e coragem, me apoiando sempre nos momentos de dificuldade, saber que você está sempre ao meu lado me dá força para continuar em qualquer situação. Aos meus sogros Sérgio e Ema obrigada pelo incentivo e pela força, e a minha cunhada Leticia por toda a ajuda sempre que precisei.
Agradeço ao professor Carlos, meu orientador, pelo tempo e atenção disponibilizados, e pelo apoio e incentivo que tornaram possível a conclusão desse trabalho. Aos demais professores, por se dedicarem ao ensino com tamanha paciência e carinho, sabendo transmitir os conhecimentos e experiências. Ao Curso de Engenharia Civil da UNIJUÍ, por ter dado a oportunidade de realizar este curso podendo contar com um ensino de qualidade, е às pessoas com quem convivi nesses espaços ао longo desses anos.
Ao Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ e principalmente aos funcionários Luiz e ao Igor, pela paciência e auxilio durante os ensaios. Aos demais integrantes do Grupo de Pesquisa em Solos, Nicole, Gabriela, Cláudio, Leonardo e Anna, por estarem sempre prontos para me ajudar nos ensaios do laboratório e em todos os momentos que precisei, muito obrigada.
Aos colegas, que encontrei nesses anos de faculdade e se tornaram amigos, por estarmos sempre juntos apoiando uns aos outros nessa caminhada, em especial a aqueles que encontrei a pouco, principalmente através do grupo de pesquisa PET, por todos os momentos de muito companheirismo e risadas. E especialmente a aquelas que estão a mais tempo caminhando ao meu lado, Andressa, Cauana, Júlia e Tatiane, obrigado por acreditarem em mim mesmo quando eu duvidava, obrigado por falarem o que eu realmente precisava ouvir, em vez do que eu queria
Аоs meus demais amigos e amigas, que sempre estiveram ao meu lado e que mesmo longe me fizeram companhia e acrescentaram alegrias aos meus dias, eu agradeço de coração.
Por fim a todos que me apoiaram direta ou indiretamente na jornada da graduação, vocês que fizeram parte dessa etapa tão importante da minha vida, о meu muito obrigada.
“Talvez não tenha conseguido fazer o melhor, mas lutei para que o melhor fosse feito. Não sou o que deveria ser, mas Graças a Deus, não sou o que era antes”.
UHDE, B. T. Caracterização de solos arenosos finos lateríticos no noroeste do estado do Rio Grande do Sul para uso em pavimentos econômicos. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2017.
As estradas vicinais que ficam sob jurisdição dos municípios no Rio Grande do Sul, quase que em sua totalidade, não são pavimentadas. Devido ao alto custo da pavimentação, os pavimentos são planejados para aquelas vias com maior utilização e para locais com índices de desenvolvimento maiores, o que acaba por excluir os municípios menores e menos desenvolvidos prejudicando o crescimento destes. Com a intenção de encontrar alternativas de bases com menor custo, a pesquisa analisou jazidas que possam oferecer materiais disponíveis mais facilmente, e de menor valor. A utilização de solos arenosos finos lateríticos (SAFL) já é bem desenvolvida em alguns estados do Brasil, como São Paulo, mas no Rio Grande do Sul são poucas as pesquisas sobre o assunto. Com o intuito de ampliar o conhecimento das áreas de existência destes solos no Rio Grande do Sul, o trabalho apresenta estudo de sete novas jazidas de diferentes municípios, sendo eles Tapera, Júlio de Castilhos, Santiago, Panambi, Santa Bárbara do Sul, Cruz Alta e Palmeira das Missões. A metodologia utilizada previu coleta de amostras, execução de ensaios laboratoriais e análise dos dados para finalmente apresentação de conclusões. Por meio de uma classificação expedita descartou-se os solos de Santiago, Panambi e Palmeira das Missões. Com a realização dos ensaios propostos pela Metodologia MCT (que utiliza amostras Miniaturas Compactadas de solos Tropicais) indicada para os SAFL, concluiu-se que das quatro amostras aprovadas na classificação expedita todas possuem comportamento laterítico. Assim, o solo de Tapera classificou-se como laterítico areno argiloso (LA’/LG’), Santa Bárbara do Sul e Júlio de Castilhos como laterítico arenoso (LA’), e Cruz Alta como laterítico argiloso (LG’). Quando analisadas as propriedades mecânicas e hídricas, nenhuma das amostras foi aceita em todos os critérios, uma vez que os valores do ensaio de Mini-CBR se mostraram abaixo do esperado, por esse motivo levantou-se a dúvida quanto a calibração do anel dinamométrico utilizado para a realização do Mini-CBR.
UHDE, B. T. Caracterização de solos arenosos finos lateríticos no noroeste do estado do Rio Grande Do Sul para uso em pavimentos econômicos. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2017.
The secondary roads that are under the jurisdiction of the municipalities in Rio Grande do Sul, almost in their entirety, are not paved. Due to the high cost of paving, the pavements are designed for those roads with greater use and for locations with higher development rates, which ends up excluding the smaller and less developed municipalities harming the growth of these. With the intention of finding alternatives of bases with lower cost, the research analyzed deposits that can offer materials available more easily, and of lower value. The use of fine sandy lateritic soils (SAFL) is already well developed in some states of Brazil, such as São Paulo, but in Rio Grande do Sul there are few researches on the subject. In order to increase the knowledge of the areas of existence of these soils in Rio Grande do Sul, the study presents seven new deposits of different municipalities, being Tapera, Júlio de Castilhos, Santiago, Panambi, Santa Bárbara do Sul, Cruz Alta And Palm of the Missions. The methodology used provided for the collection of samples, execution of laboratory tests and data analysis to finally present conclusions. By means of an expedited classification, the soils of Santiago, Panambi and Palmeira das Missões were discarded. With the accomplishment of the tests proposed by the MCT Methodology (which uses compressed miniatures samples of tropical soils) indicated for the SAFL, it was concluded that of the four samples approved in the expedited classification all have lateritic behavior. Thus, the Tapera soil was classified as lateritic arenaceous (LA '/ LG'), Santa Bárbara do Sul and Júlio de Castilhos as lateritic sandy (LA '), and Cruz Alta as lateritic clayey (LG'). When the mechanical and water properties were analyzed, none of the samples were accepted in all the criteria, since the values of the Mini-CBR test were shown to be below the expected one, for that reason doubts were raised as to the calibration of the dynamometric ring used For the realization of the Mini-CBR.
Figura 1- Sistema unificado de classificação de solos ... 24
Figura 2 - Gráfico de plasticidade ... 25
Figura 3 - Classificação dos solos ... 26
Figura 4 - Método para definir os parâmetros c', d', P1 e e'. ... 28
Figura 5 - Ábaco para classificação ... 28
Figura 6 - Ábaco para classificação expedita ... 29
Figura 7 - Seção transversal típica de um pavimento rodoviário com base de SAFL ... 31
Figura 8 - Esforços em camadas do pavimento ... 33
Figura 9 - Seção transversal típica ... 33
Figura 10 - Formação Tupanciretã no Rio Grande do Sul ... 37
Figura 11- Faixa granulométrica recomendada para bases de SAFL ... 38
Figura 12 - Áreas no gráfico da classificação MCT ... 39
Figura 13 - Delineamento da pesquisa ... 42
Figura 14 - Localização de materiais alternativos do RS ... 43
Figura 15 - Municípios sedes das jazidas analisadas ... 44
Figura 16 - Local da Retirada da amostra em Tapera ... 45
Figura 17 - Localização aproximada do local de Tapera... 45
Figura 18 - Local da retirada em Júlio de Castilhos ... 46
Figura 19 - Localização em Júlio de Castilhos ... 46
Figura 20 - Local retirada da amostra em Santiago ... 47
Figura 21 - Localização aproximada em Santiago ... 47
Figura 22 - Local da retirada em Panambi ... 48
Figura 23 - Localização aproximada em Panambi ... 48
Figura 24 - Local em Santa Bárbara do Sul... 49
Figura 25 - Localização em Santa Bárbara do Sul ... 49
Figura 26 - Local de retirada em Cruz Alta ... 50
Figura 27 - Localização aproximada em Cruz Alta ... 50
Figura 28 - Solo natural de Palmeira das Missões... 51
Figura 29 – Localização em Palmeira das Missões ... 51
Figura 30 - Amostra seca, quarteamento e homogeneização ... 53
Figura 31 - Lavagem na peneira #200 e material para o peneiramento fino ... 54
Figura 35 - Materiais utilizadas para o ensaio de Limite de Plasticidade ... 57
Figura 36 - Materiais utilizadas para o ensaio M1 ... 59
Figura 37 - Corpos de prova submetidos a imersão ... 60
Figura 38 - Realização das medidas no extensômetro do anel dinamométrico ... 61
Figura 39 - Corpos de prova secos ao ar ... 62
Figura 40 - Ensaio de permeabilidade em andamento ... 62
Figura 41 - Ensaio de infiltrabilidade em andamento... 63
Figura 42 - Materiais utilizados para o ensaio do Mini-MCV ... 64
Figura 43 - Corpos de prova imersos ... 65
Figura 44 - Ensaio do método das pastilhas em andamento ... 66
Figura 45 - Anéis na estufa para secagem ... 67
Figura 46 - Anéis em embebidação ... 67
Figura 47 - Classificação expedita das amostras ... 68
Figura 48 - Curva granulométrica por sedimentação e peneiramento das amostras ... 69
Figura 49- Resultados na faixa granulométrica recomendada para bases SAFL ... 71
Figura 51 - Curva de compactação Mini-Proctor ... 74
Figura 52- Curvas de infiltrabilidade... 77
Figura 53- Curvas do ensaio de permeabilidade ... 78
Figura 54 - Curvas de compactação Tapera ... 79
Figura 55 - Curva Mini - MCV Tapera ... 79
Figura 56 - Curvas de compactação Cruz Alta ... 80
Figura 57 - Curva Mini-MCV Cruz Alta ... 80
Figura 58 - Curvas de compactação Santa Bárbara do Sul... 81
Figura 59 - Curva Mini-MCV Santa Barbara do Sul ... 81
Figura 60 - Curvas de compactação Júlio de Castilhos ... 82
Figura 61 - Curva do Mini-MCV Júlio de Castilhos ... 82
Figura 62 - Perda de massa por imersão solo Tapera ... 83
Figura 63 - Perda de massa por imersão Santa Bárbara do Sul ... 84
Figura 64 - Perda de massa por imersão solo Júlio de Castilhos ... 84
Figura 65 - Perda de massa por imersão Cruz Alta ... 85
Quadro 1 - Terminologia SUCS ... 24
Quadro 2 - Comparação de preços, por m², de pavimentos com diversos tipos de base. ... 32
Quadro 3 - Função e mecanismos de degradação das camadas de um pavimento. ... 34
Quadro 4 - SAFL: Graduações A, B e C ... 38
Quadro 5 - Intervalos recomendados para base de SAFL ... 39
Tabela 1 - Granulometria em porcentagem das amostras... 70
Tabela 2 - Limites de Atterberg das amostras ... 72
Tabela 3 - Resultados granulometria e limites ... 72
Tabela 4 - Resultados classificações tradicionais ... 73
Tabela 5 – Porcentagem de umidade ótima e peso específico aparente seco ... 74
Tabela 6 - Resultados da expansão ... 75
Tabela 7 - Resultados do CBR pelo método de correlações... 75
Tabela 8 - Resultados do CBR pelo método de cargas padrão ... 75
Tabela 9 - Valores de contração ... 76
Tabela 10 - Resultados infiltrabilidade ... 76
Tabela 11 - Resultados do ensaio de permeabilidade ... 77
Tabela 12 - Coeficientes d' e c' ... 79
Tabela 13 - Valores de perda de massa por imersão ... 83
Tabela 14 - Coeficientes e classificação MCT ... 85
AASHTO American Association of State Highway Transportation Officials ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ALA Argila Laterítica com Areia CBR California Bearing Ratio
CNT Confederação Nacional do Transporte
CPRM Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais DCEEng Departamento Ciências Exatas e Engenharias DER Departamento de Estradas e Rodagens
DNER Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
HRB Highway Research Board
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
InIR Instituto de Infra-Estruturas Rodoviárias
IP Índice de Plasticidade
LA Areia laterítica
LA’ Solo arenoso laterítico
LEC Laboratório de Engenharia Civil
LG’ Solo argiloso laterítico
LL Limite de Liquidez
LP Limite de Plasticidade
MCT Miniatura, Compactado, Tropical
RS Rio Grande do Sul
SAFL Solo Arenoso Fino Laterítico
SLAD Solo Laterítico-Agregado Descontínuo SNV Sistema Nacional de Viação
SUCS Sistema Unificado de Classificação de Solos
1 INTRODUÇÃO ... 19 1.1 Contexto ... 19 1.2 Problema ... 20 1.2.1 Questões de pesquisa ... 21 1.2.2 Objetivos de pesquisa ... 21 1.2.3 Delimitação ... 21 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 23
2.1 Classificação dos solos ... 23
2.1.1 Sistema unificado de classificação de solo (SUCS) ... 23
2.1.2 Sistema rodoviário de classificação - HRB/AASHTO ... 25
2.1.3 Classificação MCT - Miniatura Compactada Tropical ... 26
2.2 Pavimentos ... 29
2.2.1 Pavimentos econômicos ... 31
2.2.2 Camadas dos pavimentos ... 32
2.2.3 Tipos de base de baixo custo ... 35
2.3 Solos arenosos finos lateríticos (SAFL) ... 36
2.3.1 Ocorrência dos SAFL no Rio Grande do Sul ... 36
2.3.2 Características dos SAFL para bases de pavimentos ... 37
3 MÉTODO DE PESQUISA ... 41
3.1 Estratégia de pesquisa ... 41
3.2 Delineamento ... 42
3.3 Escolha das jazidas para retirada das amostras... 43
3.3.1 Solo Tapera... 45
3.3.2 Solo Júlio de Castilhos ... 46
3.3.3 Solo Santiago ... 47
3.3.4 Solo Panambi ... 48
3.3.5 Solo Santa Bárbara do Sul ... 49
3.3.6 Solo Cruz Alta ... 50
3.3.7 Solo Palmeira das Missões ... 51
3.4.1.2 Análise granulométrica das amostras ... 53
3.4.1.3 Massa específica dos grãos ... 54
3.4.1.4 Consistência do solo – Limites de Atterberg ... 55
3.4.2 Metodologia MCT ... 57
3.4.2.1 Ensaio de compactação Mini-Proctor (M1) ... 58
3.4.2.2 Ensaio Mini-CBR e expansão (M2)... 59
3.4.2.3 Ensaio de contração (M3) ... 61
3.4.2.4 Ensaios de infiltrabilidade e permeabilidade (M4) ... 62
3.4.2.5 Ensaio de compactação Mini-MCV (M5) ... 63
3.4.2.6 Ensaio de perda de massa por imersão (M8)... 64
3.4.2.7 Classificação geotécnica MCT (M9) ... 65
4 RESULTADOS ... 68
4.1 Classificação expedita MCT pelo método das pastilhas ... 68
4.2 Ensaios tradicionais ... 69
4.2.1 Análise granulométrica das amostras ... 69
4.2.2 Consistência do solo – Limites de Atterberg... 71
4.2.3 Classificação tradicional... 72
4.3 Metodologia MCT ... 73
4.3.1 Ensaio de compactação Mini-Proctor (M1) ... 73
4.3.2 Ensaio Mini-CBR e expansão (M2) ... 75
4.3.3 Ensaio de contração (M3) ... 76
4.3.4 Ensaios de infiltrabilidade e permeabilidade (M4) ... 76
4.3.5 Ensaio de compactação Mini-MCV (M5) ... 78
4.3.6 Ensaio de perda de massa por imersão (M8) ... 82
4.3.7 Classificação geotécnica MCT (M9) ... 85
4.3.8 Critérios de aceitação definidos pela Metodologia MCT ... 86
5 CONCLUSÕES ... 88
1 INTRODUÇÃO
Este trabalho tem como objetivo a análise de sete amostras de solo de diferentes jazidas localizadas em municípios da região noroeste do Rio Grande do Sul, para o enquadramento como solo arenoso fino laterítico (SAFL), e sua possível utilização como base de solo natural para pavimentos de baixo custo.
1.1 Contexto
No ano de 2016, a autora ingressou como bolsista do Programa de Educação Tutorial (PET) vinculado à Secretaria de Educação Superior do Ministério da Educação. Com isso, passou a integrar a equipe do projeto de pesquisa “Estudo de Solo Argiloso Laterítico para Uso em Pavimentos Econômicos” vinculado ao Grupo de Pesquisa em Novos Materiais e Tecnologias para Construção, grupo institucional da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul (UNIJUÍ). Este projeto teve seu início em 2012 e desde então, estuda solos e misturas com solos para utilização em pavimentos econômicos.
Através do aprofundamento no conhecimento na área de solos, obtida através das pesquisas, e a notória dificuldade encontrada para municípios menores em obter acesso asfáltico, como o caso do município natal da autora, Nova Ramada, despertou o interesse na descoberta de novas jazidas de SAFL na região Noroeste do Rio Grande do Sul. Essa descoberta iniciou-se a partir de 2015 com o avanço do projeto de pesquisa e por ser tema de Flora (2015), que estudou solo nos municípios de Jóia, Tupanciretã e Capão do Cipó.
Oliveira (2000?) afirma que as obras rodoviárias são planejadas de acordo com o fluxo de carros e a utilização da estrada e da região que vai receber o pavimento. Sendo necessário ajustes nos projetos conforme o local beneficiado, analisando o estágio de desenvolvimento medido em termos de contribuição à economia.
Com o intuito de aumentar a viabilidade econômica da execução de pavimentos, reduzindo consideravelmente os custos, utiliza-se materiais disponíveis no local da obra, ou mais próximos dela, já que as estradas vicinais de tráfego leve são mais tolerantes na utilização de materiais alternativos na constituição das suas camadas (FELTEN, 2005).
1.2 Problema
Segundo o Sistema Nacional de Viação (SNV, 2015) as rodovias sob jurisdição federal no Rio Grande do Sul são apenas 3,12% não pavimentadas. Este cenário se modifica quando comparado com aquelas sob jurisdição estadual, onde quase 40% não estão pavimentadas. Porém a pior situação é daquelas sob jurisdição municipal, onde 99% das vias não são pavimentadas. Estes índices demonstram a carência dos municípios do Rio Grande do Sul ao acesso asfáltico, o que está relacionado ao custo elevado dos materiais utilizados para execução da pavimentação e o baixo índice de recursos públicos para essa finalidade.
Segundo Oliveira (2000?) a maior parte dos investimentos em rodovias são destinadas as regiões mais desenvolvidas, o que ocasiona um desequilíbrio em toda malha rodoviária nacional. Procurando interligar a rede rodoviária através da pavimentação de vias secundárias, aumentou-se a procura por soluções para menor custo. Como afirma Oliveira (2000?, p.1):
para viabilização econômica das rodovias secundárias (ou coletoras), busca-se a redução dos custos de construção, através da adequação destas às condições regionais; seja com a melhoria de caminhos já traçados, do ponto de vista geométrico, de maneira a reduzir os volumes de corte e aterro; seja com a utilização de materiais locais na execução da estrutura do pavimento.
As pesquisas com solos tropicais foram iniciadas na década de 30 em São Paulo, com a introdução da Mecânica dos Solos na Engenharia Civil, e com o convênio entre estudos e o Departamento de Estradas e Rodagens de São Paulo (DER-SP), com o intuito de revestir estradas até então de terra sob responsabilidade desse departamento (NOGAMI; VILLIBOR, 1995). A primeira utilização de SAFL como base para pavimento foi utilizada em uma via de São Paulo como provisória para construção do trecho definitivo, com previsão de durabilidade de 3 meses, durando muito mais, fato que incentivou a construção de mais trechos em São Paulo (VILLIBOR; NOGAMI, 2001).
Pesquisas sobre a ocorrência de SAFL no Rio Grande do Sul não são muito aprofundadas, apesar disso há levantamentos pedológicos e geológicos que revelam a possibilidade de ocorrências de SAFL no Rio Grande do Sul. Principalmente pela pesquisa de Passos et al. (1991 apud FELTEN, 2005, p. 31) que realizaram o estudo da ocorrência de SAFL no Rio Grande do Sul, principalmente de Latossolos Vermelho-Escuros, presentes no Planalto Médio e correlacionados com a formação do arenito Tupanciretã.
1.2.1 Questões de pesquisa Questão principal
Os solos das jazidas estudadas podem ser classificados como solos arenosos finos lateríticos (SAFL) para implantação de pavimento econômico?
Questões secundárias
Quais as características necessárias para que o solo seja classificado como SAFL? Em que situação o SAFL pode ser utilizado em pavimentos?
Quais das jazidas podem ser consideradas SAFL? 1.2.2 Objetivos de pesquisa
Objetivo geral
Classificar as jazidas estudadas para constatar o enquadramento, ou não, nas especificações de SAFL, para aplicação como substituição dos materiais de maior valor, por exemplo brita graduada, como base em pavimentação econômica.
Objetivos específicos
Identificar jazidas de possíveis solos arenosos finos lateríticos;
Realizar ensaios e caracterizar os solos das jazidas através da metodologia tradicional e metodologia MCT;
Selecionar entre as amostras avaliadas o solo que possui o melhor desempenho para a aplicação em bases e sub-bases na pavimentação de baixo tráfego, por meio dos critérios apresentados através da metodologia MCT.
1.2.3 Delimitação
O trabalho consiste na retirada de solo em jazidas de possível SAFL, e na realização de ensaios laboratoriais no Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul (LEC).
Este trabalho está dividido em cinco capítulos: o capítulo 1, Introdução, onde há observações sobre a importância do trabalho, seus objetivos e como está estruturado. Já no capítulo 2, Revisão da Literatura, é exposto assuntos envolvidos na pesquisa, como a utilização de SAFL em pavimentação, as classificações nas quais o SAFL deve ser enquadrado para ser utilizados em rodovias, entre outros assuntos importantes para o desenvolvimento da pesquisa.
A metodologia de pesquisa é apresentada no capítulo 3, que se refere a estratégia de pesquisa, o seu delineamento, detalha os ensaios realizados e como foi realizada para as amostras coletadas. O capítulo 4, Resultados, apresenta todos resultados obtidos através dos ensaios realizados, das metodologias tradicional e MCT, assim como a sua análise e a classificação das amostras. Por fim a Conclusão no capítulo 5, que apresentam os resultados de forma sintetizada e o entendimento final das ideias, assim como sugestões para trabalhos futuros.
2 REVISÃO DA LITERATURA
Neste capítulo serão apresentadas as classificações dos solos, os fundamentos teóricos sobre pavimentos especialmente os econômicos, e os solos arenosos finos lateríticos (SAFL), temas que envolvem os principais conceitos utilizados para a elaboração deste estudo.
2.1 Classificação dos solos
Consideradas um meio prático para a identificação dos solos, as classificações têm como objetivo estabelecer o possível comportamento do solo, e também permitir uma apropriada análise de algum problema e assim decidir o melhor caminho para sua solução. (PINTO, 2000)
Segundo Pinto (2000, p.36):
Existem diversas formas de classificar os solos, como pela sua origem, pela sua evolução, pela presença ou não de matéria orgânica, pela estrutura, pelo preenchimento de vazios. Os sistemas baseados no tipo e no comportamento das partículas que constituem os solos são os mais conhecidos na engenharia de solos. Os solos possuem diversas propriedades, e através dessas propriedades é possível realizar diversos tipos de classificações. Essas classificações são utilizadas para que o solo possa ser como fundação, ou como material de construção, entre outras finalidades que podem ser aplicadas ao solo. As classificações mais utilizadas na pavimentação são Sistema Unificado de Classificação de Solos – SUCS e o Sistema Rodoviário de Classificação - HRB/AASHTO, classificações consideradas tradicionais, e para os solos tropicais, analisados neste trabalho, a Classificação MCT - Miniatura Compactada Tropical. (DNIT, 2006)
2.1.1 Sistema unificado de classificação de solo (SUCS)
Segundo Caputo (2000) os solos dessa classificação podem ser divididos em três grandes grupos, os solos grossos, onde mais de 50% dos grãos são retidos na peneira #200 (0,074 mm), solos finos, onde mais de 50% é passante na peneira #200 (0,074 mm) e as turfas, solos altamente orgânicos. Pinto (2000) apresenta a terminologia utilizada para a identificação dos solos nesse sistema que pode ser vista no Quadro 1, onde as cinco primeiras letras indicam o tipo principal do solo e os quatro seguintes dados complementares.
Quadro 1 - Terminologia SUCS G Pedregulho S Areia M Silte C Argila O Solo Orgânico W Bem Graduado O Mal Graduado H Alta compressibilidade L Baixa compressibilidade Pt turfas
Fonte: Adaptado de PINTO (2000, p.36).
DNIT (2006, p.58) afirma que “o SUCS se baseia na identificação dos solos de acordo com as qualidades de textura e plasticidade, e agrupa-os de acordo com seu comportamento quando usados em estradas, aeroportos, aterros e fundações”. Considera para isso as porcentagens de pedregulhos, areia e finos, a forma da curva granulométrica e a plasticidade e compressibilidade (DNIT, 2006).
A Figura 1 apresenta o quadro disponibilizado pelo DNIT (2006), onde estão descritos os métodos de identificação de campo e de laboratório, e as características de cada grupo.
Figura 1- Sistema unificado de classificação de solos
Fonte: DNIT (2006, p.59).
Já a Figura 2, apresenta o diagrama cartesiano denominado de Gráfico de Casagrande ou Gráfico de Plasticidade, com limite de liquidez (LL) e índice de plasticidade (IP), onde são traçadas duas linhas, uma inclinada e a outra na vertical que separam as diferentes classificações possíveis (DNIT,2006). Pinto (2000) explica que para achar a classificação dos solos é preciso encontrar a localização do ponto entre os valores de LL e IP no diagrama cartesiano.
Figura 2 - Gráfico de plasticidade
Fonte: DNIT (2006, p.60). 2.1.2 Sistema rodoviário de classificação - HRB/AASHTO
O sistema rodoviário de classificação é empregado na engenharia rodoviária em todo o mundo, usando como base a granulometria e os limites plasticidade também conhecido como de Atterberg (PINTO, 2000). Criado a partir do aperfeiçoamento do antigo sistema Public Roads Administration e foi aprovado em 1945, sendo muito ligado ao método de dimensionamento de pavimentos pelo índice de grupo (DNIT, 2006).
Forma grupos e subgrupos, separando os solos em granulares e finos e subdividindo conforme suas características. Para determinar o grupo, é necessário analisar o quadro de classificação da Figura 3 por meio de eliminação da esquerda para a direita. O primeiro grupo a partir da esquerda, com o qual os valores obtidos por meio dos ensaios coincidir é a classificação correta (DNIT, 2006).
Figura 3 - Classificação dos solos
Fonte: DNIT (2006, p.56). 2.1.3 Classificação MCT - Miniatura Compactada Tropical
Com o intuito de classificar solos tropicais o sistema classificatório MCT foi desenvolvido por Nogami e Villibor. Por meio de corpos de prova de dimensões reduzidas, permite avaliar propriedades fundamentais dos solos associados à contração, permeabilidade, expansão, coeficiente de penetração de água, coesão, capacidade de suporte e curvas de compactação (DNIT, 2006).
Destinada a classificar solos que passam integralmente na peneira #10 (2,00mm), possui 7 grupos, sendo três de comportamento laterítico representados pela letra L, LA – areia laterítica quartzosa; LA’ – solo arenoso laterítico e LG’- solo argiloso laterítico e quatro de comportamento não-laterítico representado pela letra N, NA – areias, siltes e misturas de areias e siltes com predominância de grão quartzo e/ou mica, não laterítico; NA’ – misturas de areias quartzosas com finos de comportamento não laterítico; NS’ – solo siltoso não laterítico e NG’ – solo argiloso não laterítico (BERNUCCI et al., 2008; FORTES, 2002). Definidos por Nogami e Villibor (1995) da seguinte maneira:
Grupo NA – Solos compostos por areias, siltes e misturas de areais e siltes, com grãos constituídos essencialmente de quartzo ou mica. Possuem pouco ou nenhum fino argiloso coesivo e siltes cauliníticos.
Grupo NA’ – Solos compostos de misturas de areias quartzosas com finos passantes na peneira #200 (0,074mm), de comportamento não laterítico.
Grupo NS’ – Solos saprolíticos silto-arenosos, constituídos predominantemente de felsdpática-micácea-quartzosa, resultantes do intemperismo tropical nas rochas eruptivas e metamórficas.
Grupo NG’ – Solos saprolíticos argilosos, derivados de rochas sedimentares argilosas. Solos superficiais pedogenéticos não lateríticos também se classificam nesse grupo.
Grupo LA – Solos com areia e poucos finos de comportamento laterítico, conhecidos pedologicamente como areais quartzosas e regossolos.
Grupo LA’ – Solos arenosos, constituindo o horizonte B conhecidos como latossolos arenosos e solos podzólicos ou podzolizados arenosos.
Grupo LG’ – Solos argilosos arenosos, constituindo o horizonte B conhecidos como latossolos, solos podzólicos e terras roxas estruturadas.
A metodologia MCT quantifica de maneira simples importantes peculiaridades dos solos para os serviços rodoviários, principalmente quanto ao comportamento laterítico e saprolítico. Identificando dentro dos sete grupos já descritos, seu comportamento laterítico ou não. O DNIT (2006) apresenta de maneira resumida os procedimentos de execução da classificação em quatro passos. O primeiro passo é a compactação, que é realizada em diferentes umidades do solo, no molde de 50 mm de diâmetro, determinando as curvas de compactação, que podem ser realizadas em diversas energias, com seus números de golpes padronizados. O segundo passo a perda de massa por imersão, é realizada a partir do corpo de prova compactado em diferentes umidades e extraído cerca de 1 cm para fora do molde, com isso são comparados os pesos das massas que desprendem após a imersão. Após conforme a Figura 4 são definidos os parâmetros c’, d’, PIe e’ considerado o passo três. No último passo com os valores de e’ e c’ são plotados no ábaco para classificação MCT da Figura 5.
Figura 4 - Método para definir os parâmetros c', d', P1 e e'.
Fonte: DNIT (2006, p.68). Figura 5 - Ábaco para classificação
Fonte: DNIT (2006, p.68).
Villibor e Nogami (2009) apresentam procedimentos expeditos para uma classificação prévia e mais rápida dos solos. Um dos procedimentos é pelo método das pastilhas, utilizando apenas cerca de 60 gramas do solo passante na peneira #4 (0,42mm), onde obtém-se os valores
de contração diametral e da consistência. Para isso é necessário moldar 5 anéis de 20 mm de diâmetro por 5 mm de altura, com solo na consistência onde penetre cerca de 1 mm. A contração obtida após secagem em baixa temperatura dos anéis correlaciona-se, razoavelmente com o coeficiente c’ e o valor da consistência após a embebidação dos anéis correlaciona-se com o coeficiente e’, permitindo assim a prévia classificação a partir do ábaco da Figura 6.
Figura 6 - Ábaco para classificação expedita
Fonte: Nogami e Villibor, 1994 apud Fortes (2002, p.8). 2.2 Pavimentos
Em 1861, segundo DNIT (2001), foi inaugurada a primeira estrada pavimentada, a União e Indústria, começando o longo caminho da história do rodoviarismo no cenário nacional. Apesar de que a pavimentação demorou para deslanchar, pois mesmo após a construção da União e Indústria e até alguns anos após a criação do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER), no ano de 1937, não havia muitas rodovias neste cenário.
Somente a partir de 1920 que um órgão público passou a cuidar da implementação de rodovias no Nordeste, sendo que a lei que concedia auxílio federal para essas construções havia sido aprovada em 1905. Em 1928, o governo federal fundou a Comissão de Estradas de Rodagem Federais, antecessor do DNER e começou a obter valores através de sobretaxas nos impostos sobre gasolina, veículos e acessórios. Com estes recursos construiu assim algumas obras importantes na época, como a Rio-Petrópolis (DNIT, 2001).
DNIT (2001) ainda traz que, perto da década de 40 o Brasil chegava a apenas 423 km de rodovias pavimentadas. Mas essa situação não perdurou por muito tempo, pois em 27 de dezembro de 1945, foi sancionado o Decreto-lei 8.463, que permitia ao DNER autonomia técnica e financeira. Sendo assim, através deste decreto em 1950, já haviam sido pavimentados 968 km de malha rodoviária. Até o final dos anos 60, quase a totalidade das capitais estavam interligadas por estradas federais.
Nos dias atuais, segundo a CNT (2016), o país possui 211 mil quilômetros pavimentados, ou seja, em pouco mais de sete décadas a malha pavimentada cresceu muito. Porém, como o país possui uma malha rodoviária muito extensa, esse valor representa apenas 12% do total.
Como coloca Senço (2007, pg. 6):
pavimento é a estrutura construída sobre a terraplenagem e destinada, técnica e economicamente, a: a) resistir aos esforços verticais oriundos do tráfego e distribuí-los; b) melhorar as condições de rolamento quanto ao conforto e segurança; c) resistir aos esforços horizontais (desgaste), tornando mais durável a superfície de rolamento. Conforme Balbo (2007), oferecer melhorias físicas nas vias de circulação através da pavimentação, tem como objetivo criar uma melhora operacional para o tráfego, pois com isso se é criado uma superfície mais regular, mais aderente e menos ruidosa. Ainda o autor diz que a pavimentação deve ser capaz de suportar os esforços do tráfego juntamente com as condições climáticas e ter como meta, proporcionar um tráfego confortável e seguro.
Os pavimentos podem ser classificados basicamente em três tipos, segundo o DNIT (2006), flexíveis, semirrígidos e rígidos. O pavimento flexível é aquele em que todas as camadas sofrem deformação elástica significativa, onde a carga se distribui quase que igualmente entre as camadas. Bernucci et al. (2008) acrescenta que os pavimentos flexíveis podem ter como camada de base, sub-base e reforço de subleito materiais granulares, solos ou misturas de solos, sem adição de agente cimentante.
DNIT (2006) traz como característica do pavimento semirrígido possuir uma base cimentada, por exemplo solo cimento. Por fim DNIT (2006) diz que o pavimento rígido é aquele que possui um revestimento com alta rigidez e por este motivo absorve quase que totalmente as tensões vindas do carregamento.
2.2.1 Pavimentos econômicos
Os pavimentos econômicos podem ser definidos como aqueles que utilizam bases de solos regionais, puros ou com misturas, com o intuito de reduzir os custos, tanto de execução como no fornecimento dos materiais que são frequentemente utilizados para pavimentos, como brita graduada, macadame hidráulico e solo cimento (FORTES, 1994). Além destes aspectos, Villibor et al. (2009) destacam como característica de um pavimento de baixo custo, um revestimento betuminoso de espessura máxima 3 cm.
A implantação de pavimentos econômicos recebe algumas restrições, principalmente quanto ao tráfego ao qual deve ser aplicada, sendo necessário ser um tráfego urbano, de muito leve a leve, com Volume Diário Médio (VDM) inferior a 1500 veículos sendo destes no máximo 30% veículos comerciais e com N < 5x106, onde N significa as solicitações do eixo simples padrão (VILLIBOR et al., 2009).
Na Figura 7 pode ser observado um exemplo de seção transversal de um pavimento de baixo custo, utilizando como base um SAFL. Villibor et al. (2009) explica que esses SAFL, apesar da sua granulometria fina e descontínua apresentam, quando compactados na energia modificada, características positivas para seu uso em bases, decorrente de suas peculiaridades mineralógicas e micro fábricas dos solos lateríticos.
Figura 7 - Seção transversal típica de um pavimento rodoviário com base de SAFL
Villibor e Nogami (2009) disponibilizam em seu livro uma lista com comparações de preços, por m², de pavimentos com bases “tradicionais” e com o uso da base de SAFL, que podem ser vistas no Quadro 2. Os valores do Quadro 2 são baseados em pavimentos já executados no estado de São Paulo, considerando uma distância média de transporte de 5 km. Analisando os resultados de Villibor e Nogami (2009) é notável a economia do uso de bases com SAFL comparada com as demais, sendo a brita graduada o maior valor, cerca de 91% mais caro.
Quadro 2 - Comparação de preços, por m², de pavimentos com diversos tipos de base. TIPO DE BASE BASE E PT RC R$/m² (%) SAFL 3,95 14,13 18,08 100 Solo Brita 13,59 14,13 27,72 153 Solo Cimento 13,73 14,13 27,87 154 Brita Graduada 20,38 14,13 34,51 191
E: Preço de Execução dos Serviços da Tabela A-1
PT: Preço Total dos Pavimentos (Referência: Preço Unitário DER-SP(Dez/08)) RC: Relação de Custo em Porcentagem (Referência Base de SAFL = 100 %)
Fonte: Adaptado de VILLIBOR E NOGAMI (2009, p.202). 2.2.2 Camadas dos pavimentos
Baseado em Balbo (2007), pode-se afirmar que existem funções específicas para cada camada que o pavimento possui, que tem por objetivo proporcionar ao usuário da via boas condições de rolamento em qualquer condição climática. O mesmo autor lembra que as tensões aplicadas nestas vias (Figura 8), são cíclicas ou repetitivas, pois são aplicadas tanto pelos veículos como pelo ambiente.
Estas cargas são conduzidas até a fundação de maneira que não ocorram deformações incompatíveis, para não gerar estados de tensão incompatíveis com os cálculos iniciais da estrutura. Caso isso não aconteça o pavimento irá sofrer um maior desgaste, induzindo a uma degradação prematura e acelerada (BALBO, 2007).
Senço (2007) em seu livro demonstra (Figura 9) um pavimento com todos os compostos necessários, onde a fundação não permitiu a retirada de nenhuma das camadas, sendo que as camadas mais superiores são as mais nobres, ou seja, a capa de rolamento ou revestimento é a camada mais nobre do pavimento.
Figura 8 - Esforços em camadas do pavimento
Fonte: BALBO (2007). Figura 9 - Seção transversal típica
Fonte: Senço (2007, p. 16).
Como visto o pavimento é composto por diferentes camadas, que podem ser realizadas com diversos tipos de materiais, desde que atendam adequadamente as necessidades estruturais e de operação, mantendo boas condições de trafegabilidade da via ao mínimo custo possível. E prevendo sempre as manutenções necessárias durante a vida útil do pavimento, tanto preventiva, corretiva ou de reabilitação. No Quadro 3 abaixo podemos ver a função e o mecanismo de degradação da fundação e das camadas de um pavimento (InIR, 20--; BALBO, 2007).
Quadro 3 - Função e mecanismos de degradação das camadas de um pavimento.
CAMADA FUNÇÃO MECANISMO DE
DEGRADAÇÃO Terreno da
Fundação
Suporte do Pavimento São as suas características que condicionam o dimensionamento
Deformação permanente excessiva
Ruptura dos taludes de aterro
Leito do Pavimento
Evitar deformação do solo Homogeneidade das características
mecânicas da fundação Plataforma construtiva Possibilidade de compactação das camadas sobrejacentes em adequadas
condições
Deformação permanente excessiva
Sub-Base
Proteger durante a fase construtiva as camadas inferiores
Proteger a base da subida de água capilar
Drenagem interna do pavimento Camada Estrutural Resistência a erosão Deformação permanente excessiva Base Camada estrutural
Degradação das cargas induzidas pelo tráfego
Deformação permanente excessiva (materiais não tratados)
Fendilhamento por fadiga (materiais tratados com ligantes) Fendilhamento térmico (materiais tratados com ligantes hidráulicos)
Revestimento
Adequada circulação do tráfego com conforto e segurança
Drenagem ou impermeabilização Distribuição das tensões induzidas
pelo tráfego
Desgaste provocado pela ação do tráfego e condições climáticas
Deformação permanente em condições excessivas de
temperatura e tráfego Fendilhamento por ascensão das
fendas das camadas subjacentes Fendilhamento por fadiga devida
a uma má aderência a camada subjacente
Fendilhamento térmico Fonte: Adaptado de InIR (20--, p.5-8).
Segundo Balbo (2007), a nomenclatura dessas camadas são as seguintes: revestimento, base, sub-base, reforço do subleito e subleito, sendo que o subleito é a fundação da estrutura. O mesmo autor ainda fala, que o subleito será constituído do material natural compactado, e que as maiores preocupações devem ser com as camadas sobre essa.
No caso do reforço do subleito, baseado em Balbo (2007), é uma camada de solo de melhor qualidade, que irá suportar maiores pressões oriundas das cargas, sua aplicação não é obrigatória. Já as bases e sub-bases, segundo o referido autor, tem um importante papel na drenagem subsuperficial dos pavimentos. Quando a base tem uma espessura muito grande é dividida em duas, criando assim a sub-base. E por fim o autor fala sobre os revestimentos, que tem como maior função receber as cargas, necessitando ser de materiais bem aglutinados ou dispostos de maneira a evitar a movimentação horizontal.
2.2.3 Tipos de base de baixo custo
O Estado de São Paulo foi o pioneiro na utilização de bases econômicas para pavimentos. Em cerca de 57% dos pavimentos presentes no estado estão empregadas algum tipo de base econômica. Os materiais mais utilizados para essa finalidade em São Paulo são as bases de SAFL, solos arenosos finos lateríticos, bases de solos lateríticos com agregados, como as misturas de argila laterítica com areia, conhecida como mistura ALA, ou as misturas de solo laterítico com pequena porcentagem de agregado (brita, pedregulho ou laterita), conhecido com mistura SLAD (VILLIBOR; NOGAMI, 2009).
Villibor e Nogami (2009) afirmam que alguns dos pavimentos executados no estado de São Paulo mantiveram sua boa condição de tráfego após mais de 25 anos de serviço. O uso de bases de SAFL foi impulsionado em 1982, quando Villibor e Nogami apresentaram a sistemática MCT de classificação destes solos.
Durante a vida de serviço dos pavimentos que utilizaram SAFL como base, observou-se algumas peculiaridades, como uma baixa incidência de ruptura da baobservou-se, deflexões e deformações pequenas, contração por secagem ao ar baixa, ótima capacidade de ser compactado, baixo desgaste sob ação do trânsito, recebe bem a imprimadura e uma superfície e borda sem propensão a amolecimento por umidade (VILLIBOR et al., 2009).
2.3 Solos arenosos finos lateríticos (SAFL)
Os solos lateríticos possuem várias características que o classificam, segundo Villibor e Nogami (2001) descrevem em seu livro. Esses solos são considerados resultantes de processos pedológicos de solos bem drenados de climas quentes e úmidos. Ainda, apresentam como argilomineral predominante a caulinita e através dos óxidos hidratados de ferro e/ou alumínio frações de argila, apresentando assim macro e microestrutura porosas características.
Ainda conceituando solos lateríticos o DNIT (2006, p.24) traz que “é um solo que ocorre comumente sob a forma de crostas contínuas, como concreções pisolíticas isoladas ou, ainda, na forma de solos de textura fina mas pouco ou nada ativos”. Podendo apresentar como característica colorações que variam do amarelo ao vermelho, claro a escuro.
O SAFL além das características dos solos lateríticos, apresenta mais algumas particularidades. Para Bernucci et al. (2008), o SAFL pode ser classificado como uma mistura de argila e areia, com granulometria descontínua, e possuindo pequena ou nenhuma porcentagem de silte. Ainda Bernucci et al. (2008) afirma que o SAFL pode ser encontrado naturalmente em jazidas, ou produzido através de misturas de areia de campo ou rio com argila laterítica.
Já Villibor e Nogami (2009, p.4) conceitua SAFL como:
aquele que pertença à classe de solo de comportamento laterítico e a um dos grupos LA, LA’ e LG’, segundo a classificação geotécnica MCT e que contenha menos de 50% passando na peneira 0,075 mm (nº 200) e no mínimo 95% passando na peneira 2,00 mm (nº 10) sendo esta fração constituída predominantemente de grãos de quartzo. A classificação MCT acha-se normalizada no método de ensaio do DER/SP e pelo DNER-CLA-259/94.
2.3.1 Ocorrência dos SAFL no Rio Grande do Sul
A ocorrência de SAFL no estado engloba unidades pedogenéticas como Latossolos e Podzólicos, localizadas principalmente na Região Planalto e sobre as formações Serra Geral e Tupanciretã. Oliveira (2000?) afirma que para o Rio Grande do Sul, ainda é necessária uma adaptação ao uso do SAFL em pavimentos de baixo volume de tráfego, como já acontece em outros estados brasileiros, como São Paulo, Paraná, Bahia, Mato Grosso do Sul e Goiás.
O CPRM – Serviço Geológico do Brasil, empresa que presta serviços ao governo brasileiro de geologia ambiental, hidrogeologia e riscos geológicos, disponibiliza a Carta Geológica do Brasil, com data de 2004, onde o país é dividido em 46 cartas, dividida entre
estados e regiões. A região a ser estudada se encontra na folha 45 denominada Porto Alegre da Carta Geológica do Brasil ao Milionésimo (CPRM, 2014), onde é possível ver a Formação Tupanciretã destacada na cor amarela (Figura 10).
Figura 10 - Formação Tupanciretã no Rio Grande do Sul
Fonte: Adaptado de CPRM (2004). 2.3.2 Características dos SAFL para bases de pavimentos
Senço (2001) em seu livro traz algumas considerações sobre a utilização de SAFL para base e sub-base de pavimentos. Tendo como referência os mais de 5000 km de estradas vicinais asfaltadas no estado de São Paulo usando SAFL, Senço (2001) descreve algumas especificações que devem ser atendidas pelo SAFL, pertencer a um dos grupos LA, LA’ e LG’ classificados pelo Método MCT, e quanto a composição granulométrica se enquadrar em uma das faixas A, B ou C como demonstra o Quadro 4.
Quadro 4 - SAFL: Graduações A, B e C
Peneiras Graduações
(“) (mm) % em peso, que passa
A B C
nº 10 2,00 100 100 100
nº 40 0,420 85-100 85-100 100
nº 100 0,149 30-50 50-65 65-95
nº 200 0,074 23-35 35-50 35-50
Fonte: Adaptado de Senço (2001, p.213).
Assim como Villibor et al. (2009) constatam que para obter as especificações do SAFL, com a finalidade de uso em base de pavimentos, é necessário o conhecimento das propriedades mecânicas e hídricas. Determinando, assim como Senço (2001), condições específicas, como que a composição granulométrica deve ter 100% dos grãos passantes pela peneira #10 (2,00 mm) com tolerância de 5% de material retido. Além de que devem pertencer aos grupos tipo LA, LA’ e LG’ com base na metodologia MCT. Além disso, Villibor et al. (2009) apresentam uma Faixa Granulométrica (Figura 11) para orientação no emprego das bases de SAFL.
Figura 11- Faixa granulométrica recomendada para bases de SAFL
Fonte: VILLIBOR et al. (2009, p.57).
A camada de base que utiliza um SAFL classificado como LG’ tende, após perder umidade, apresentar um padrão de trincamento, que apesar de considerado típico desse tipo de camada, é maior quando comparado à aquela realizada com LA’. Apesar desse trincamento
demonstrar que existe um módulo de resiliência menor, ainda assim são camadas consideradas de deformabilidade e comportamento mecânico bom a excelente (BERNUCCI et al., 2008).
Os solos, quando compactados na energia intermediária do Mini-Proctor, apresentam propriedades mecânicas e hídricas que devem se enquadrar aos intervalos que são apresentados no Quadro 5 (VILLIBOR et al. 2009).
Quadro 5 - Intervalos recomendados para base de SAFL
PROPRIEDADES INTERVALOS DE VALORES
Mini-CBR sem imersão ≥ 40%
RIS = 100 x Mini-CBR/Mini CBR ≤ 50 %
Expansão sem sobrecarga padrão ≤ 0,3 %
Contração 0,1 a 0,5 %
Coeficiente de Sorção 10-2 a 10-4 (cm/min ½) Fonte: Adaptado de VILLIBOR et al. (2009 p. 57).
Quanto a construção de bases de SAFL constatou-se que alguns solos apresentavam uma série de problemas construtivos, enquanto outros não. A partir disso, dividiram-se os solos de comportamento laterítico em 4 grupos de solos, localizados em áreas distintas do gráfico da classificação MCT, conforme ilustrado na Figura 12. (Villibor et al., 2009, p. 57)
Figura 12 - Áreas no gráfico da classificação MCT
Fonte: VILLIBOR et al. (2009, p. 58).
Estes quatro tipos de solos, apresentados na Figura 12, foram definidos através de experiências obtidas pela execução de aproximadamente 36 trechos de SAFL em São Paulo, tendo como preferência a ordem de utilização dos tipos I, II, III, e IV. Sendo que os tipos III e IV, com c’ entre 0,3 e 1,0, são aqueles que apresentam má compactabilidade e com propensão
para formação de lamelas no acabamento da base. Já o SAFL do Tipo II, com c’ entre 1,0 e 1,3, apresenta uma excelente compactabilidade, e fácil acabamento da superfície e baixo desgaste superficial sob a ação do tráfego, além de uma contração de baixa a média e boa aderência do revestimento. O Tipo I, com c’ entre 1,3 e 1,8, apresentam além de excelente compactabilidade, fácil acabamento. Tem maior possibilidade de contração excessiva, sendo recomendadas as utilizações de solos com c’ entre 1,3 e 1,6 para minimizar este problema (VILLIBOR; NOGAMI, 2009).
No livro Pavimentos Econômicos de Villibor e Nogami (2009), apresenta-se os ensaios necessários para a obtenção das propriedades a serem analisadas e os intervalos admissíveis para adequação para aplicação em pavimentos dos SAFL conforme reproduzido no Quadro 6.
Quadro 6- Critério geral de escolha de SAFL para bases. Para qualquer região do país
PROPRIEDADES INTERVALOS ADMISSÍVEIS MÉTODOS DE ENSAIO Grupos MCT LG’, LA’, LA M5 e M8 Capacidade de Suporte Mini-CBRHo ≥ 40 % M2
Expansão com sobrecarga
padrão ≤ 03 % M2
Relação RIS ou Perda de Suporte por Imersão PSI
≥ 50% ≤ 50% -- -- Contração Axial 0,1% a 0,5% M3 Coeficiente de Sorção 10-2 a 10-4 M4 Coeficiente de Permeabilidade 10 -6 a 10-8 M4
Fonte: Adaptado de VILLIBOR; NOGAMI (2009, p.145).
Ressalta-se que a relação RIS é a razão entre os valores de mini-CBR, o com imersão sem sobrecarga pelo sem imersão na umidade ótima a relação PSI é a razão entre os valores de mini-CBR, o sem imersão na umidade ótima pelo com imersão sem sobrecarga. Ambas as razões são multiplicadas por 10 de forma a resultar em porcentagem. A relação PSI é igual ao valor de 100 descontada da relação RIS.
3 MÉTODO DE PESQUISA
Neste capítulo serão abordados a estratégia de pesquisa utilizada, as etapas para o desenvolvimento da pesquisa, a escolha das jazidas para retirada das amostras e a descrição da metodologia dos ensaios e demais procedimentos realizados para a realização deste trabalho. 3.1 Estratégia de pesquisa
Do ponto de vista de sua natureza esta pesquisa pode ser considerada aplicada, já que segundo Gerhardt e Silveira (2009, p.35) “Objetiva gerar conhecimentos para aplicação prática, dirigidos à solução de problemas específicos. Envolve verdades e interesses locais”. Já quanto a forma de abordagem será considerada quantitativa, uma vez que os resultados da pesquisa podem ser quantificados.
Fonseca (2002, p.20) diz que:
A pesquisa quantitativa se centra na objetividade. Influenciada pelo positivismo, considera que a realidade só pode ser compreendida com base na análise de dados brutos, recolhidos com o auxílio de instrumentos padronizados e neutros. A pesquisa quantitativa recorre à linguagem matemática para descrever as causas de um fenômeno, as relações entre variáveis, etc.
Com base nos objetivos será uma pesquisa exploratória, pois Gil (2008, p. 41) afirma que uma pesquisa exploratória tem como meta criar maior intimidade com um assunto ainda pouco estudado, explorado, como é o caso da utilização de SAFL em pavimentos econômicos no RS. Além disso, tem como objetivo o aprimoramento de ideias. Assim como também se enquadra na opção de explicativa, uma vez que a preocupação central é identificar fatores que determinam a ocorrência do SAFL.
Ao final de uma pesquisa exploratória, conhecendo mais sobre o assunto estudado, há possibilidade de construir hipóteses. Gil (2008, p. 41) fala que a pesquisa exploratória “embora seja bastante flexível, na maioria dos casos assume a forma de pesquisa bibliográfica ou de estudo de caso. ” No caso desta pesquisa, do ponto de vista dos procedimentos, ela assume a forma de pesquisa bibliográfica e pesquisa experimental, já que de acordo com Fonseca (2002, p.29) “qualquer trabalho científico inicia-se com uma pesquisa bibliográfica, que permite ao pesquisador conhecer o que já se estudou sobre o assunto”. Justamente ocorrendo neste caso uma vez que foram utilizadas fontes bibliográficas, como livros e artigos científicos, para o aprofundamento e conhecimento de diferentes visões no assunto estudado.
E complementarmente “o estudo experimental segue um planejamento rigoroso. As etapas de pesquisa iniciam pela formulação exata do problema e das hipóteses, que delimitam as variáveis precisas e controladas que atuam no fenômeno estudado” (TRIVIÑOS, 1987 apud GERHARDT e SILVEIRA, 2009, p.36) assim como os objetos em estudo escolhidos. Os SAFL, foram testados por diversos ensaios a fim de descobrir se enquadrariam para a destinação desejada.
3.2 Delineamento
As etapas desta pesquisa foram divididas em sete (Figura 13), revisão bibliográfica, fundamentação teórica, coleta de amostras, preparação e caracterização da amostra, ensaios laboratoriais para avaliação das propriedades físico mecânicas, análise dos dados e conclusões. Na revisão bibliográfica, diante do tema proposto, objetivou adquirir conhecimentos sobre os conceitos envolvidos. Já na fundamentação teórica, pretendeu-se adquirir embasamento por meio de outros autores sobre os aspectos teóricos da pesquisa.
Após a escolha dos locais, coletaram-se as amostras e posteriormente transportaram-se ao laboratório para preparação e caracterização. Na etapa seguinte, foram realizados os ensaios laboratoriais necessários para a avaliação das propriedades físico-mecânicas das amostras. A partir dos resultados dos diversos ensaios realizados no LEC (Laboratório de Engenharia Civil) da UNIJUÍ, realizaram-se a análise dos dados obtidos. Finaliza-se o trabalho apresentando-se as conclusões baseados na análise feita.
Figura 13 - Delineamento da pesquisa
3.3 Escolha das jazidas para retirada das amostras
A localização de materiais alternativos no estado do Rio Grande do Sul está identificada na Figura 14, a partir do artigo de Oliveira (2000?) referido no item 2.2.1 da revisão da literatura, a qual serviu de referência para a localização dos SAFL promissores e para escolha das jazidas de onde as amostras foram retiradas para análise laboratorial.
As coletas foram realizadas em sete municípios, todos enquadrados na área da formação de quartzo arenoso, conforme indicado no item 2.2.1, procedentes dos municípios de Tapera, Júlio de Castilhos, Santiago, Panambi, Santa Bárbara do Sul, Cruz Alta e Palmeira das Missões, todos demarcados na Figura 15. No local da retirada foi realizada a avaliação da textura do solo, através da análise tátil visual, para identificar características argilo arenosas dos solos SAFL.
Figura 14 - Localização de materiais alternativos do RS
Figura 15 - Municípios sedes das jazidas analisadas
Fonte: Adaptado de IBGE (2016).
As amostras foram retiradas com o auxílio de ferramentas para escavação manual, como enxadas e pás. Todas as amostras foram retiradas no horizonte B do provável latossolo, aproximadamente entre 100 e 200 cm da camada superficial. Nos próximos itens serão apresentadas características dos municípios e os locais exatos da retirada das amostras de solo, assim como suas coordenadas geográficas obtidas através do uso do software online Google Maps.
3.3.1 Solo Tapera
O município de Tapera está localizado, segundo dados geográficos, na Mesorregião do Noroeste Rio-Grandense e na Microrregião de Não-Me-Toque, com uma área territorial, segundo o site do IBGE, de 179.662 km² e uma população estimada em 2016 de 10.448 habitantes (IBGE, 2016). Na imagem da Figura 16 pode-se ver o local exato da retirada e no mapa da Figura 17 a localização aproximada. Suas coordenadas são 28°38'12.7"S 52°51'56.7"O, e foram obtidas do aplicativo online Google Maps.
Figura 16 - Local da Retirada da amostra em Tapera
Fonte: autoria própria.
Figura 17 - Localização aproximada do local de Tapera
Fonte: Google Maps (2017).
3.3.2 Solo Júlio de Castilhos
Júlio de Castilhos está localizado, segundo dados geográficos, na Microrregião de Santiago que pertence a Mesorregião do Noroeste Rio-Grandense, com uma área territorial, segundo o site do IBGE, de 1.930,389 km² e uma população estimada em 2016 de 20.032 habitantes (IBGE, 2016). Pode ser observado na imagem da Figura 18 o solo no local exato da retirada assim como no mapa da Figura 19 a localização aproximada, com coordenadas 29°03'33.9"S e 53°38'47.2"O.
Figura 18 - Local da retirada em Júlio de Castilhos
Fonte: autoria própria.
Figura 19 - Localização em Júlio de Castilhos
3.3.3 Solo Santiago
Localizado na Mesorregião do Centro Ocidental Rio-Grandense e na Microrregião de Santiago, o município de Santiago, possui uma área territorial, segundo o site do IBGE, de 2.413,133 km² e uma população estimada em 2016 de 50.647 habitantes (IBGE, 2016). A amostra foi retirada na localização aproximada (Figura 20) na coordenada 29°10'19.6"S e 54°53'56.6"O e pode ser observado no mapa da Figura 21 o local exato da retirada.
Figura 20 - Local retirada da amostra em Santiago
Fonte: autoria própria.
Figura 21 - Localização aproximada em Santiago
3.3.4 Solo Panambi
O município de Panambi está localizado, segundo dados geográficos, na Mesorregião do Noroeste Rio-Grandense e na Microrregião de Ijuí, com uma área territorial, segundo o site do IBGE, de 490,857 km² e uma população estimada em 2016 de 41.473 habitantes (IBGE, 2016). Na Figura 22 podemos ver o local exato da retirada e na Figura 23 localização aproximada com coordenadas 28°18'54.8"S e 53°29'32.6"O.
Figura 22 - Local da retirada em Panambi
Fonte: autoria própria.
Figura 23 - Localização aproximada em Panambi
3.3.5 Solo Santa Bárbara do Sul
Santa Bárbara do Sul está localizado, segundo dados geográficos, na Microrregião de Cruz Alta que pertence a Mesorregião do Noroeste Rio-Grandense, com uma área territorial, segundo o site do IBGE, de 975,507 km² e uma população estimada em 2016 de 8.742 habitantes (IBGE, 2016). Pode ser observado na Figura 24 o local exato da retirada assim como na Figura 25 a localização aproximada com coordenadas 29°03'33.9"S e 53°38'47.2"O.
Figura 24 - Local em Santa Bárbara do Sul
Fonte: autoria própria.
Figura 25 - Localização em Santa Bárbara do Sul
3.3.6 Solo Cruz Alta
Localizado na Mesorregião do Centro Ocidental Rio-Grandense e na Microrregião de Cruz Alta o município de Cruz Alta, possui uma área territorial, segundo o site do IBGE, de 1.360,289 km² e uma população estimada em 2016 de 63.615 habitantes (IBGE, 2016). A amostra foi retirada na localização aproximada (Figura 27) com coordenadas 28°35'34.8"S e 53°40'31.4"O e pode ser observado na Figura 26 o local exato da retirada.
Figura 26 - Local de retirada em Cruz Alta
Fonte: autoria própria.
Figura 27 - Localização aproximada em Cruz Alta
3.3.7 Solo Palmeira das Missões
O município de Palmeira das Missões está localizado, segundo dados geográficos, na Mesorregião do Noroeste Rio-Grandense e na Microrregião de Carazinho, com uma área territorial, segundo o site do IBGE, de 1.419,430 km² e uma população estimada em 2016 de 34.907 habitantes (IBGE, 2016). Na Figura 28 podemos ver o material no estado natural e na Figura 29 a localização aproximada nas coordenadas 27°53'43.5"S e 53°16'18.34"O.
Figura 28 - Solo natural de Palmeira das Missões
Fonte: autoria própria.
Figura 29 – Localização em Palmeira das Missões
Fonte: Google Maps (2017).
3.4 Procedimento executivo e ensaios laboratoriais
Os ensaios descritos nesta seção foram realizados seguindo um procedimento executivo, organizado para o melhor aproveitamento do tempo e maior rendimento da pesquisa. Este procedimento foi adaptado da sequência executiva de Flora (2015, p. 42) e foi realizado da seguinte forma:
1. Coleta e preparo do material para execução dos ensaios;
2. Verificação do comportamento laterítico através das amostras dos solos pela classificação expedita;
3. Análise granulométrica para verificação de atendimento ao conceito tecnológico de solo arenoso fino laterítico e a granulometria na faixa recomendável para uso em bases;
4. Ensaios da metodologia tradicional;
5. Execução dos ensaios da metodologia MCT. 3.4.1 Ensaios tradicionais
Neste item apresentam-se os ensaios tradicionais de granulometria e de obtenção dos índices de consistência do solo, também chamados Limites de Atterberg, realizados com a finalidade de efetuar as classificações de solos tradicionais do SUCS e da AASHTO, classificações reconhecidas mundialmente.
3.4.1.1 Preparação das amostras
As amostras foram preparadas de acordo com a NBR 6457 de título “Amostras de solo - Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização” (ABNT, 2016). A norma apresenta três processos de preparação para ensaios de compactação, sendo utilizada a preparação com secagem prévia até a umidade higroscópica nesta pesquisa. Já para preparação de amostras dos ensaios de caracterização são apresentados dois processos, para qual também foi utilizada a preparação com secagem prévia. Este processo de preparação consiste nos seguintes passos, secar a amostra ao ar, até próximo da umidade higroscópica, através do quarteamento manual ou com uso de quarteador repartir e retirar uma amostra representativa em quantidade suficiente para os ensaios, após a amostra é homogeneizada e os torrões são desmanchados através do uso de uma mão de gral recoberta de borracha sob um almofariz, podendo-se observar na Figura 30 os passos descritos.
Figura 30 - Amostra seca, quarteamento e homogeneização
Fonte: autoria própria.
3.4.1.2 Análise granulométrica das amostras
A análise granulométrica das amostras foi realizada de acordo com a NBR 7181 (ABNT, 2016) que estabelece os passos necessários para a obtenção da curva granulométrica, podendo ser realizados de duas maneiras: apenas por peneiramento (para partículas maiores que 0,075 mm de diâmetro) ou por combinação de peneiramento e sedimentação (para partículas menores que 0,075 mm de diâmetro).
As amostras foram submetidas ao ensaio por combinação de peneiramento e sedimentação, que pode ser dividido em três etapas que são o peneiramento grosso, o peneiramento fino e o ensaio de sedimentação. O peneiramento grosso consiste em passar a amostra separada na peneira #10 (2,00 mm), sendo o material passante separado em amostras para utilização no peneiramento fino, na determinação da massa específica e na determinação da umidade. Já o material retido é lavado na peneira #10 (2,00mm) e posto na estufa para secar, após 24 h é realizado o peneiramento grosso nas peneiras com abertura maior e igual a #10 (2,00mm) pesando-se o material retido em cada peneira.
Para determinação da umidade hidroscópica são separadas duas amostras de 100 g aproximadamente e postas a secar na estufa por 24 h, para servirem para a realização do ensaio de determinação de massa especifica real dos grãos. A sedimentação consiste em retirar uma amostra de 70 a 80 g do material passante na peneira #10 e deixar imersa em uma solução de hexametafosfato de sódio por pelo menos 12 h. Após este tempo a mistura é agitada no dispersor elétrico por 20 min, e posteriormente transferida para uma proveta graduada, completando até
