TCC Engenharia Civil - Escrito por mim. Formato Word

Tipo de documento:TCC

Área de estudo:Engenharias

Documento 1

Solos lateríticos 2. Ensaios laboratoriais 3. Pavimentação 4. Mecânica dos solos I. ENC/UNI II. Aos meus pais e meu irmão, por sempre acreditarem em mim e me apoiarem, em todas as etapas da minha vida. À minha namorada, Taísa, meu porto seguro, pelo incentivo e apoio incondicional. Aos meus colegas (e amigos) inseparáveis: Júnior, Daniella e Tayssa, pelo companherismo de sempre e por dividir comigo esses anos de dificuldades e alegrias. À minha vó Terezinha, Americano do Brasil, Sebastião, Alarme, e todos os amigos que me apoiam e me acompanham sempre, apesar de não pertencerem mais ao número dos vivos. À MEAB, minha segunda família, pelos incontáveis momentos de alegria e aprendizado, e por me ajudarem a ser uma pessoa melhor a cada dia.

ABSTRACT This paper analyzes the mechanical behavior of lateritic soils for use in paving through the MCT Methodology (tropical compressed thumbnail), developed by Villibor and Nogami. The study on lateritic soils began with the Plano de Pavimentação, in the 50s and 60s, with the government Quadros, when there is a need to use more economical than traditional methods. Traditional tests showed not efficient for tropical soils, therefore was developed systematic MCT, with specific tests for these soil types and classification MCT. These tests determine the carrying capacity, soil permeability, compaction curve, contraction, mass loss by immersion, among others. Assays presented in the study are in the works Pavimentos Econômicos (2009), which is a summary of several studies on lateritic soils developed by Villibor and Nogami. Figura 7 – Microfábrica do solo N, aumento 10.

X. Figura 8 – Figura 8: Relação RIS, em função da porcentagem que passa na peneira 0,075 mm. Figura 9 – Posição dos solos no gráfico classificatório MCT. Figura 10 – Exemplo de curvas de deformabilidade obtidas através do ensaio Mini-MCV. Figura 21 – Gráfico resumo dos solos compostos. LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Comparação de resultados de LL, LP e IP (%) em ensaios de 5 amostras de SAFL. Tabela 2 – Variação do CBR segundo Peltier, Souza Pinto e Nogami. Tabela 3: Características dos solos L e N, que forneceram as frações da 1ª série de amostras (solos compostos). Tabela 4 – Resultados da fração fina dos solos L e N. Conceituação. Solos de comportamento laterítico. Conceituação. Solos lateríticos em pavimentação. Solos de comportamento não laterítico. PREPARAÇÃO DOS SOLOS COMPOSTOS E ENSAIOS.

VERIFICAÇÃO DO COMPORTAMENTO LATERÍTICO DO SOLO. Método utilizado na MCT. Método utilizado pelo DNIT. ENSAIOS DA METODOLOGIA MCT. Características. Aparelhagem. Aplicações dos Resultados. ENSAIO DE INFILTRABILIDADE. Características. ENSAIO DE MINI-CBR DE CAMPO POR PENETRAÇÃO DINÂMICA. Características. Aparelhagem. Aplicações dos Resultados. ENSAIO DE PERDA DE MASSA POR IMERSÃO. CONSIDERAÇÕES FINAIS. REFERÊNCIAS. INTRODUÇÃO 1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS A relação entre qualidade e custo é a maior preocupação da Engenhaia Civil. E se tratando de rodovias, não é diferente. Por esses motivos, os solos lateríticos têm se mostrado bastante úteis na aplicação em pavimentos. O pavimento é um sistema de várias camadas de espessuras finitas que se assenta sobre o subleito, um semi-espaço infinito que exerce a função de fundação da estrutura (Senço, 2007).

JUSTIFICATIVA Pavimentação significa o fim da convivência diária com os adventos dos efeitos climáticos, onde ora os moradores convivem com a poeira, ora com a lama. O pó, além do incômodo da sujeira, pode intensificar problemas respiratórios. No período de chuvas as estradas sofrem com o tráfego, possíveis erosões, o que pode resultar até mesmo trechos intransitáveis, comprometendo a locomoção dos moradores das pequenas comunidades e do escoamento do pequeno produtor, além de dificultar enormemente o acesso dos alunos às escolas (MENDES, 2010). SOLOS TROPICAIS 2. Conceituação Solo é um material natural não consolidado, isto é, constituído de grãos que podem ser separados por processos mecânicos e hidráulicos relativamente suaves, como dispersão em água com uso de aparelho dispersor de laboratório, e que podem também ser escavados com aparelhos comuns de terraplanagem.

Constitui a parte mais superficial da crosta terrestre (NOGAMI & VILLIBOR, 1995). Os solos das regiões tropicais apresentam uma série de peculiaridades decorrente das condições ambientais, por esse motivo, é necessário se conceituar os solos Peculiares Tropicais, ou seja, os tipos genéticos de solos encontrados em regiões tropicais (VILLIBOR & NOGAMI, 2009). Neste trabalho adotou-se o conceito de Solos Tropicais frequentemente adotado em pesquisas de pavimentação e descrito pelo Committee on Tropical Soils of ISSMFE (1985) e por Nogami e Villibor (1995). Conceituação Os solos lateríticos (later, do latim: tijolo) são solos superficiais, típicos das partes bem drenadas das regiões tropicais úmidas, resultantes de uma transformação por processo denominado laterização, da parte superior do subsolo pela atuação do intemperismo. Várias peculiaridades se associam ao processo de laterização, sendo que as mais importantes, do ponto de vista tecnológico, são o enriquecimento no solo de óxidos hidratados de ferro e/ou alumínio e a permanência da caulinita como argila-mineral predominante e quase sempre exclusivo.

O minerais citados proporcionam ao solo de comportamento laterítico a cor típica: vermelho, amarelo, marrom e alaranjado (VILLIBOR, 2007). Segundo Nogami (1995), solo laterítico é definido pelo Comitê de Solos Tropicais da Associação Internacional de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações (ISSMEF) como aquele que pertence aos horizontes A (camada mineral com enriquecimento de matéria orgânica) e B (apresenta máxima expressão de cor, estrutura e/ou que possuem materiais translocados), de perfis bem drenados, desenvolvidos sob atuação de clima tropical úmido. Possuem sua fração argila constituída essencialmente de argilominerais do grupo das caulinas e de óxidos e hidróxidos de ferro e/ou alumínio, o que confere à estrutura poros e agregações altamente estáveis. Para a finalidade deste trabalho, será considerado solo laterítico do modo que é considerado por Villibor e Nogami (2009), que considera-o como solo de comportamento geotécnico laterítico.

Consequentemente, é caracterizado por possuir uma série de propriedades que levam a classificá-lo como solo de comportamento laterítico, segundo a Classificação MCT (Miniatura, Compactado, Tropical). A elevada porosidade natural, a baixa resistência e a baixa capacidade de suporte são características desses solos. Entretanto, quando corretamente compactados adquirem elevadas resistências, grande capacidade de suporte, baixa permeabilidade, além da pequena perda da capacidade de suporte quando imerso em água. A maioria desses solos apresentam em seu estado natural, baixa plasticidade, coeficientes de permeabilidade e ângulos de atrito elevados (NOGAMI & VILLIBOR, 1995). O excelente desempenho apresentado por trechos experimentais de pavimentos constituídos de solo arenoso fino laterítico como base comprovou, no final da década de 1960 e início da década de 1970, as limitações dos critérios tradicionais para escolha de solos, quando aplicados a solos tropicais.

As metodologias tradicionais consideravam os solos arenosos finos lateríticos inadequados para a construção de pavimentos, o que contraria os resultados obtidos com trechos experimentais. Tornou-se evidente a necessidade do uso de novos critérios de escolha que pudessem ser aplicados aos solos tropicais, devendo estes estarem relacionados com as propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos compactados (VILLIBOR, 1981). Os solos arenosos finos lateríticos (SAFL) foram utilizados pela primeira vez em 1967 em dois trechos como variantes de trânsito na via Washington Luís (SP-310), nas proximidades de Araraquara, no interior do estado de São Paulo. Essas variantes foram revestidas de tratamento superficial simples e teriam que funcionar apenas por 3 meses e meio, até a construção do trecho definitivo. Há também a possibilidade destes solos possuírem grãos intemperizados com diferentes graus de intemperização (VIANA, 2007).

Segundo Nogami e Villibor (1995) os solos de comportamento não laterítico constituem, em condições naturais, as camadas subjacentes às lateríticas, com espessuras que podem atingir dezenas de metros. Sua aparência macroscópica é, em geral, caracterizada pela presença de camadas, xistosidades e vazios, que em grande parte foram herdadas da rocha matriz. Sua composição mineralógica é muito variada podendo constatar-se a presença de mica, acarretando efeitos como a elevação do limite de liquidez, elevação da expansibilidade por aumento de umidade, diminuição da massa específica aparente seca máxima quando compactado, elevação da umidade ótima de compactação, diminuição da capacidade de suporte e redução no módulo de resiliência. PAVIMENTAÇÃO DE BAIXO CUSTO O déficit de pavimentos urbanos é grande em quase todas as cidades brasileiras, e abrange desde vias principais de cidades de grande porte até vias de circulação de distritos e conjuntos habitacionais.

Introdução Os solos são identificados e classificados, comumente, em Mecânica dos Solos, principalmente nos estudos preliminares ou nas obras de pequeno vulto, mediante a determinação de propriedades físicas fáceis de ser determinadas como: granulometria e limites de Atterberg. Essas propriedades têm sido nomeadas de propriedades índices (Vargas, 1977). Limites de consistência Segundo Nogami e Villibor (1995), tradicionalmente, tanto o Limite de Liquidez (LL) como o Índice de Plasticidade (IP), isoladamente ou em conjunto no Gráfico de Plasticidade (Casagrande, 1948), vêm sendo usados para verificar a variação de volume dos solos compactados, consequente à variação do seu teor de umidade por secagem (contração) ou por imersão em água (expansão), assim como para classificação geotécnica dos solos. Os autores citados dizem que, para a finalidade considerada, a maioria das normas tradicionais adota um máximo de 25% para o LL e 6% para o IP.

A prática, no entanto, tanto no laboratório quanto no campo, tem revelado que no caso de solos e condições ambientais tropicais, esses limites não se aplicam mais (NOGAMI & VILLIBOR, 1995). Portanto, é possível a existência de solos com mesmo LL e IP, porém com expansibilidades completamente diferentes. Por esse motivo, esses índices não podem ser usados para a previsão de suas características expansivas. Analogamente, a validade do Gráfico de Plasticidade fica prejudicada, bem como as classificações geotécnicas nele baseadas, como a AASHO/HRB e a USCS (NOGAMI & VILLIBOR, 1995). Ensaio de CBR Segundo Villibor e Nogami (2009), a avaliação da capacidade de suporte e da expansão do solo para base é realizada, geralmente, pelo CBR tradicional. Os valores do índice de suporte > 80% e expansão < 0,1% recomendados correspondem aos encontrados nos solos das pistas experimentais, construídas pelo DER-SP.

Há, portanto, necessidade de se construir a curva de variação do CBR em função de vários teores de umidade diferentes, com a moldagem de, pelo menos, 3 corpos de prova com teores de umidade em torno da ótima. Devido à dispersão dos resultados, na prática é sempre desejável aumentar para 5 o número de corpos de prova. Esse procedimento encarece consideravelmente os custos de amostragem do material, de seu transporte e dos ensaios necessários (VILLIBOR & NOGAMI, 2009). Tabela 2 – Variação do CBR segundo Peltier, Souza Pinto e Nogami Trabalho Normas de Ensaio Amostra Nº de ensaios Valor CBR (%) Desvio Padrão Min. Máx Méd Peltier (53) Método Americano Areia Argilosa 21 10,5 33,0 17,8 6,20 Souza Pinto ABPv (64) DPT-M-48-64 (DNER) Energia Intermediária D E 12 26,4 38,6 29,5 6,55 12 17,3 45,8 34,6 9,40 Nogami (72) M-53-71 (DER-SP) Energia Normal SP-310 km 254 8 11,0 28,0 17,3 6,28 Fonte: VILLIBOR E NOGAMI, 2009.

Esses cp também podem ser deformados ou executados no campo in situ. Apesar da efetividade pragmática da metodologia MCT ter sido comprovada pelo bom desempenho de mais de 5000 km de rodovias vicinais como base de solo arenoso fino laterítico e mais de 400 km de rodovias de tráfego pesado com base de solo laterítico com brita descontínua, a metodologia MCT apresentava dificuldades quanto à sua aplicação mais extensiva, devido ao seu caráter inédito, exigência de aparelhagem e complexidade dos ensaios envolvidos. Somente em 1993, foi possível desenvolver um método expedito, visual-tátil, que possibilita identificar os solos dos grupos da classificação MCT (NOGAMI & VILLIBOR, 1995). A série de ensaios da Sistemática, que engloba os ensaios classificatórios da Metodologia MCT (M5, M8 e M9), constitui o elenco de Ensaios da Sistemática MCT, a saber: M1 – Ensaio de Compactação Mini Proctor M2 – Ensaio Mini-CBR e Expansão M3 – Ensaio de Contração M4 – Ensaios de Infiltrabilidade e Permeabilidade M5 – Ensaio de Compactação Mini-MCV M6 – Ensaio de Penetração da Imprimadura Betuminosa M7 – Ensaio Mini-CBR de Campo – Procedimento Dinâmico M8 – Ensaio da Perda de Massa por Imersão M9 – Classificação Geotécnica MCT.

As propriedades mecânicas e hídricas da base SAFL, consideradas na metodologia MCT, estão relacionadas diretamente com o desempenho do pavimento que utiliza este tipo de base. Amolecimento da borda, com (DE) e (RP). Secagem da base provocando trincas e crescimento rápido das panelas. PERMEABILIDADE (M4) Percolação da água em meio saturado e caracterizada pelo coeficiente de permeabilidade. Alta permeabilidade: camada drenante, podendo ocasionar aumento excessivo do teor da umidade das camadas adjacentes, provocando (DE) e (RP). QUADRO 1 – Ensaios e determinações da Sistemática MCT, e também suas associações com as propriedades físicas das bases de SAFL e com os principais problemas e defeitos construtivos dessas bases (conclusão) MINI-CBR (M2) Capacidade de suporte. PESQUISAS DESENVOLVIDAS COM A SISTEMÁTICA MCT 3. CONSIDERAÇÕES INICIAIS Foram desenvolvidos, utilizando principalmente a Sistemática MCT, estudos de campo e pesquisas em laboratório sobre diversas amostras de solos de comportamento laterítico (L) e não laterítico (N).

Os dados obtidos proporcionaram a obtenção de um maior conhecimento científico das propriedades dos solos referidos. Isso permitiu que fosse proposto um critério de escolha de jazidas de solo, para uso em bases de SAFL, a partir de intervalos de valores admissíveis de suas propriedades mecânicas e hídricas, além de dar subsídios à técnica construtiva das bases e da sua imprimadura impermeabilizante (VILLIBOR & NOGAMI, 2009). Esta pesquisa visou estudar as peculiaridades dos solos de comportamento laterítico, em relação aos não laterítico, de interesse para a pavimentação, que apresentam propriedades índices similares. a) SAFL (L): caracterizada por apresentar argilominerais aglutinados em forma de “nuvens” ou pipocas. b) Saprolítico (N): caracterizada por apresentar argilominerais individualizados. Figura 6 - Microfábrica do solo L, aumento 10.

X Figura 7 – Microfábrica do solo N, aumento 10. X Fonte: VILLIBOR E NOGAMI, 2009. c) como cada um dos solos compostos assim obtidos, foram compactados corpos de prova, na energia Normal, para a execução dos seguintes ensaios: • Propriedades índices: granulometria, LL e IP, e classificação HRB-AASHTO. • Ensaio de compactação Mini-Proctor (MEAS e Ho). • Determinação da capacidade de suporte e expansão nas seguintes condições: • Mini-CBRHm (sem imersão, na umidade de moldagem e com sobrecarga). • Mini-CBRic e Expansão (Ec) (com 24h de imersão, com sobrecarga). • Mini-CBRis e Expansão (Es) (com 24h de imersão, sem sobrecarga). Figura 8 – Relação RIS, em função da porcentagem que passa na peneira 0,075 mm Fonte: VILLIBOR E NOGAMI, 2009. A Figura 9 mostra a posição dos solos no gráfico classificatório MCT, segundo Nogami e Villibor (1995), sendo que: L = Laterítico; N = Não Laterítico; A = Areia; A’ = Arenoso; G’ = Argiloso; S’ = Siltoso.

Figura 9 – Posição dos solos no gráfico classificatório MCT Fonte: NOGAMI E VILLIBOR, 1995. O coeficiente c’, que é o coeficiente angular da reta assimilável à curva Mini-MCV, está ligado à granulometria do solo na compactação. Valores baixos de c’ indicam baixa inclinação das curvas de compactação Mini-MCV, características de solos muito arenosos ou mesmo areia. Através dele pode-se encontrar o coeficiente c’. Figura 10 – Exemplo de curvas de deformabilidade obtidas através do ensaio Mini-MCV Fonte: VILLIBOR E NOGAMI, 2009. Método utilizado pelo DNIT Para a verificação do comportamento laterítico de um solo, o DNIT utiliza o Método DNER-ME 030/94, cuja a relação molecular sílica-sesquióxido deve ser menor que 2, e a expansão inferior a 0,2 %. Essa relação é calculada pela seguinte fórmula: (3) Onde: S = Relação molecular sílica-sesquióxido; R SiO2 = Sílica; Al2O3 = Sesquióxido de alumínio; Fe2O3 = Sesquióxido de ferro.

ENSAIOS DA METODOLOGIA MCT 4. Aplicações dos Resultados a) preparo de corpos de prova para ensaios diversos. b) obtenção de dados para classificação MCT de solos. c) umidade ótima e massa específica aparente seca máxima alcançada com a energia de compactação utilizada. ENSAIO MINI-CBR E EXPANSÃO 4. Características a) pistão: Mini (16 mm); Sub-Mini ( 8 mm); b) carga: Estática, penetração de 1,25 mm/min. Características Mede-se no tubo horizontal a quantidade de água que penetra no corpo de prova, através de sua base, em função da raiz quadrada do tempo. Para isso, a base do corpo de prova é colocada sobre a placa porosa que delimita o recipiente cheio de água e que se comunica com o tubo horizontal de medida da água penetrada.

O esquema é mostrado na figura 15. Aparelhagem Figura 15 – Esquema de montagem para Ensaio de Infiltrabilidade Fonte: VILLIBOR E NOGAMI, 2009. Aplicações dos Resultados Mesmas aplicações do Ensaio de Contração, mostrado no item 4. O material betuminoso que se espera utilizar é derramado em condições padronizadas na depressão circular. Mede-se, após a cura apropriada, a penetração da imprimação, partindo o corpo de prova. Se a penetração for inapropriada, experimentar outro tipo de material betuminoso. O esquema é mostrado abaixo na figura 17. Aparelhagem Figura 17 – Esquema de Ensaio de Penetração Betuminosa Fonte: VILLIBOR E NOGAMI, 1995. ENSAIO DE PERDA DE MASSA POR IMERSÃO 4. Características O corpo de prova compactado é parcialmente extraído de seu molde, de maneira que fique saliente 10 mm e, em seguida, submerso em água, em posição horizontal, como é mostrado abaixo, na figura 19.

Recolhe-se a parte que é desprendida do corpo de prova e determina-se a sua massa seca. A perda de massa por imersão (Pi) é expressa em porcentagem relativamente à massa seca da parte primitivamente saliente do corpo de prova. O cálculo da Pi é feito pela seguinte fórmula: Pi = Md x Fc x 100 (%) Me (5) Onde: Me = Massa Seca da parte saliente do corpo de prova (g). Considerando-se os resultados correspondentes aos diversos solos compostos, foram construídos os gráficos resumo, apresentados na figura 21, logo abaixo, em função do material que passa na peneira 0,075 mm. Figura 21 – Gráfico resumo dos solos compostos Fonte: VILLIBOR E NOGAMI, 2009. Tabela 4 – Resultados da fração fina dos solos L e N SOLO SEM FRAÇÃO GRANULAR (Ff 100 %) SOLO L (%) SOLO N (%) Umidade ótima de compactação 32,0 25,5 VALORES NA UMIDADE ÓTIMA E ENERGIA NORMAL EXPANSÃO (%) Com sobrecarga 0,02 7,60 Sem sobrecarga 0,02 14,20 CONTRAÇÃO (%) 2,8 1,0 MINI-CBR (%) Sem imersão e sem sobrecarga 10,0 10,0 Com imersão e com sobrecarga 9,8 1,0 Com imersão e sem sobrecarga 9,5 0,2 GRANULOMETRIA Silte: 0,075 a 0,005 mm 17 83 Argila: Ø < 0,005 mm 83 17 Fonte: VILLIBOR E NOGAMI, 2009.

ANÁLISE DOS RESULTADOS 5. Capacidade de Suporte e Expansão Os valores do suporte Mini-CBR das amostras dos solos L e N apresentaram grandes diferenças quanto à perda deste por imersão. Contração Axial Para os dois tipos de solo os valores da contração crescem com o aumento de Ff. A partir de Ff = 25% os valores da contração dos solos L são superiores aos dos N. Para os solos Ff = 100%, o valor da contração dos solos L é muito superior ao dos solos N. Coeficientes de Sorção d’água e de Permeabilidade Nas amostras compostas, os valores dos coeficientes de sorção d’água e de permeabilidade das misturas L são inferiores aos das misturas N. Logo, os solos lateríticos compactados são menos propensos à patologias relacionadas à infiltração de água do que os solos não lateríticos.

F. Pavimentação de baixo custo com solos lateríticos. São Paulo: Villibor, 1995. p. CORRÊA, F. D. DAVIDSON, D. T. KATTI, R. T. Acesso em: 17 mar. NAKAMURA, Juliana. Pavimentação Asfáltica: os tipos de revestimentos, o maquinário necessário e os cuidados de contratação, projeto e execução. Disponível em: <http://www. infraestruturaurbana. S. VILLIBOR, D. F. Additional Considerations About a New Geotechnical Classification for Tropical Soils. Conf. F. BELIGNI, M. E CINCERRE, J. R. Pavimento com solos lateríticos e gestão de manutenção de vias urbanas. VILLIBOR, D. F. Uma nova classificação de solos para finalidades rodoviárias. Simpósio Brasileiro de Solos Tropicais em Engenharia, Rio de Janeiro, 1981. NOGAMI, J. PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos.

ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006. PINTO, C. VARGAS, M. Introdução à Mecânica dos Solos. Ed. USP/McGraw-Hill, São Paulo, 1977. VIANA, H. S. Características e Desempenho de Segmentos de Pavimentos Rodoviários com Base de Argila Laterítica. In 24ª Reunião Anual de Pavimentação, Belém. ABPV, Rio de Janeiro, 1990. VILLIBOR, D. VILLIBOR, D. F. NOGAMI, J. S. CINCERRE, J.

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