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TALIS ARTHUR CRUZ DE SOUZA
EFEITO DA VARIAÇÃO DA ENERGIA DE COMPACTAÇÃO
SOBRE AS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE UM SOLO
LATERÍTICO
NATAL-RN
2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Talis Arthur Cruz de Souza
Efeito da variação da energia de compactação sobre as propriedades mecânicas de um solo
laterítico
Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade
Artigo Científico, submetido ao Departamento de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do Título de Bacharel
em Engenharia Civil.
Orientador: Dr. Olavo Francisco dos Santos Junior
Coorientador: José Credinaldo de Souza
Natal-RN
2016
Catalogação da Publicação na Fonte
Universidade Federal do Rio Grande do Norte – Sistema de Bibliotecas
Biblioteca Central Zila Mamede / Setor de Informação e Referência
Souza, Talis Arthur Cruz de.
Efeito da variação da energia de compactação sobre as propriedades mecânicas de
um solo laterítico. / Talis Arthur Cruz de Souza - 2016.
17 f. : il.
Artigo científico (Graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte,
Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil. Natal, RN, 2016.
Orientador: Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Junior.
1. Engenharia civil - TCC. 2. Solo lateríticos - TCC. 3. Regiões tropicais. - TCC. 4.
Ensaios de compactação – TCC. I. Santos Junior, Olavo Francisco dos. II. Título.
RN/UF/BCZM CDU 624
Talis Arthur Cruz de Souza
Efeito da variação da energia de compactação sobre as propriedades mecânicas de um solo
laterítico
Trabalho de conclusão de curso na modalidade
Artigo Científico, submetido ao Departamento de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do título de Bacharel em
Engenharia Civil.
Aprovado em 17 de novembro de 2016:
___________________________________________________
Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Junior – Orientador
___________________________________________________
Eng. José Credinaldo de Souza – Coorientador
___________________________________________________
Prof. Dr. Osvaldo de Freitas Neto – Examinador interno
___________________________________________________
Prof. Dr. Enio Fernandes Amorim – Examinador externo
Natal-RN
2016
EFEITO DA VARIAÇÃO DA ENERGIA DE COMPACTAÇÃO SOBRE AS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DE UM SOLO LATERÍTICO
Autor: Talis Arthur Cruz de Souza
Orientador: Dr. Olavo Francisco dos Santos Junior
RESUMO
Este trabalho tem como finalidade estudar o comportamento mecânico de duas
amostras de solo laterítico situadas no estado do Rio Grande do Norte, nos munícipios
de São José de Mipibu e de Canguaretama. Para tanto, foram realizados ensaios de
caracterização geotécnica, compactação e Índice de Suporte Califórnia (ISC). Típico de
regiões tropicais, esse tipo de solo encontra-se na natureza geralmente com alto índice
de vazios e baixa capacidade de suporte. Quando compactados, entretanto, sua
capacidade de suporte é elevada, sendo por isso muito utilizado em diversas obras de
terra. Os resultados obtidos indicaram que a amostra de Canguaretama, mesmo sendo
uma areia argilosa, apresentou um bom comportamento quando solicitada, negando a
falsa ideia de que materiais argilosos não podem ser usados como camada de
pavimentos rodoviários. O mesmo não foi observado, contudo, para o material São José
de Mipibu, que apresentou um comportamento peculiar, com diminuição do valor de
ISC quando compactado com energia modificada em relação às demais energias. Esse
resultado nos leva à hipótese de que a amostra coletada em tal jazida, diferentemente da
coletada em Canguaretama, pode não representa um material de comportamento
laterítico.
Palavras-chave: Solo laterítico. Regiões tropicais. Ensaios de compactação. Índice de
Suporte Califórnia. Capacidade de suporte.
ABSTRACT
This paper aims at studying the mechanical behavior of two lateritic soils
samples located in Rio Grande do Norte state, in the São José de Mipibu and
Canguaretama city. Therefore, it was performed laboratory tests of geotechnical
characterization, compaction and California Bearing Ratio (CBR). Typical of tropical
places, this kind of soil is naturally found with high void ratio and little support
capacity. When compressed, however, its support capacity is improved, and because of
this it is widely used in many soil works. The results indicated that the Canguaretama
sample, even being a clayey sand, had a good behavior when it was supercharged,
denying the false idea that clay materials can’t be used as pavement layers in road
works. The same wasn’t noticed, however, with the São José de Mipibu material, which
showed a peculiar behavior, decreasing the value of CBR when it was compressed with
the modified energy. This result make us believe that the sample collected in this field,
unlike of the Canguaretama sample, can be not a lateritic material.
Keywords: Lateritic soils. Tropical places. Compaction test. California Bearing Ratio.
Support capacity.
1
INTRODUÇÃO
A ABNT (NBR 6502) define solo como “Material proveniente da decomposição
das rochas pela ação de agentes físicos ou químicos, podendo ou não ter matéria
orgânica”.
Quanto a sua origem, dividem-se em dois grandes grupos. Os solos
transportados são aqueles que os produtos de alteração foram transportados para locais
diferentes ao da transformação, podendo ser aluvionares (quando transportados pela
água), eólicos (quando pelo vento), coluvionares (pela ação da gravidade) e glaciais
(pelas geleiras) (CAPUTO, 1988). Quando, no entanto, estes produtos permanecem no
local da rocha de origem, têm-se os chamados solos residuais. De particular interesse
para obras rodoviárias são os solos lateríticos, os quais podem ser desenvolvidos tanto
sobre solos transportados como sobre solos residuais.
Um solo quando transportado mecanicamente para utilização em determinada
obra apresenta-se no estado solto, o que implica na necessidade de compactá-lo. A
compactação feita por meio de equipamentos mecânicos visa à melhoria em suas
propriedades. Quando um solo é compactado, ocorre uma diminuição do índice de
vazios, da permeabilidade, da compressibilidade e aumento da resistência, que no caso
de obras rodoviárias, pode ser representada pela capacidade de suporte dada pelo Índice
de Suporte Califórnia (ISC).
Estudos iniciais, desenvolvidos na década de 1930, sobre a compactação dos
solos devem-se ao Engenheiro Ralph Proctor. Desses estudos surgiu o Ensaio de
Compactação, também conhecido como Ensaio de Proctor, padronizados no Brasil pela
ABNT (NBR 7182/86). Segundo Proctor, a massa específica resultante de um solo
compactado é função de seu teor de umidade no momento da compactação, para
determinada energia mecânica aplicada. Para cada intensidade de energia, há um teor de
umidade, denominado “teor de umidade ótimo”, que está relacionado a uma massa
específica seca máxima.
Como os materiais apontados pelos princípios tradicionais (materiais
granulares), que atendam as especificações clássicas, não são facilmente encontrados
em todas as regiões do Brasil, vem-se ganhando espaço cada vez mais o estudo de
materiais, como os solos lateríticos, que substituam com eficiência aqueles comumente
indicados ao uso em obras de terra.
2
Considerando sua frequência de ocorrência em território nacional e a sua larga
utilização na execução de obras diversas, bem com o conhecimento de que as
propriedades de um solo variam de acordo com seu grau de compactação, é importante
a verificação dos efeitos da compactação sobre as propriedades deste solo, quando
submetidos a diferentes teores de umidade e diferentes energias aplicadas.
Desse modo, buscou-se, neste trabalho caracterizar o solo através de ensaios de
granulometria, limite de liquidez e limite de plasticidade; realizar ensaios de
compactação segundo as três energias Proctor; identificar e quantificar o efeito da
variação da energia de compactação sobre sua capacidade de suporte; classificar os
materiais de acordo com o SUCS e AASHTO-HRB e comparar a previsão do
comportamento dos solos por esses sistemas com o obtido nos ensaios de resistência.
REVISÃO DA LITERATURA
Presentes em quase todo território brasileiro e em boa parte do mundo (FIGURA
1), os solos tropicais tem sido objeto de estudo, desde a segunda metade do século XX,
sobre sua aplicação como material de construção para diversos tipos de obra.
Figura 1 – Distribuição de solos lateríticos, em termos mundiais.
Fonte: Charman, 1998 apud Bernucci, 1995.
O processo de laterização, típico de regiões que apresentam temperaturas médias
anuais superiores a 20°C e índice pluviométrico maior que 500 mm/ano, engloba um
conjunto de fenômenos que deram origem a uma alteração extremamente forte da rocha
mãe.
Naturalmente, é resultado do processo histórico de intemperismo cujas rochas e
os solos residuais estão submetidos, de modo que, os minerais formadores do material
parental são desintegrados e decompostos quimicamente.
3
Em regiões tropicais, as altas temperaturas funcionam como um acelerador do
processo, enquanto as intensas precipitações implicam na lavagem de bases alcalinas e
alcalino-terrosas, e parcialmente da sílica, em um processo conhecido como lixiviação,
para os níveis inferiores do solo.
Com a evolução do processo, tem lugar uma acumulação de óxido e hidróxidos
de ferro e alumínio nos horizontes mais superficiais, os quais não são dissolvidos tanto
quanto acontece em ambientes mais ácidos (típicos de regiões temperadas).
Os solos lateríticos têm sua fração argila constituída, predominantemente, de
minerais cauliníticos (𝑆𝑖2𝐴𝑙2𝑂5(𝑂𝐻)4), oriundos de uma recombinação da sílica não
lixiviada com hidróxidos de alumínio, apresentando-se na natureza, geralmente não
saturados, e com índice de vazios elevado, o que acaba por lhe conferir uma pequena
capacidade de suporte. Quando compactados, entretanto, sua capacidade de suporte é
elevada, o que justifica o seu uso em diversas obras de terra.
Em primeira análise, pode-se atribuir essa melhoria a uma eventual cimentação
proporcionada pelos elementos provenientes do processo de laterização às partículas do
solo, o que favoreceria seu comportamento mecânico.
Godoy e Bernucci (2000) apud Santos (2003) destacam, ainda, que a principal
peculiaridade dos solos tropicais lateríticos (que os diferencia dos solos de clima
temperado), é justamente a presença desta cimentação natural causada pelos óxidos e
hidróxidos de ferro e alumínio.
Segundo Santana e Gontijo (1987) apud Delgado (2007), os solos lateríticos
apresentam-se singularmente com pequena fração de areia grossa entre as peneiras n°
10 e n° 40; possibilidade de ocorrência de elevados teores de finos, mais de 25%
passando na peneira n° 200, com elevados valores de LL e IP, maiores que 25 e 8%,
respectivamente, embora com CBRs elevados; baixa expansão; e fração argila do tipo
caulinita, podendo apresentar traços de ilita, mas nunca de montmorilonita. Nogami e
Villibor (1995) apud Delgado (2007) acrescentam, ainda, que estes solos se
caracterizam pelo ramo seco da curva de compactação íngreme e, segundo Pinto (2006),
apresentam valores de massa especifica seca superiores a 1,9 g/cm³ e teores de umidade
ótimo da ordem de 12%.
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MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais estudados
Os solos estudados foram obtidos em jazidas situadas na região litorânea do
estado do Rio Grande do Norte, nos municípios de São José de Mipibu e Canguaretama,
localizando-se às margens da BR-101, no trecho Natal - João Pessoa. Em São José,
situa-se aproximadamente no km 36, enquanto que no município de Canguaretama, a
jazida fica em torno de 100 metros da divisa do Estado do Rio Grande do Norte com a
Paraíba.
A seleção das jazidas deveu-se, principalmente, ao fácil acesso e ao potencial
uso destes materiais em diversas obras de terra, como de construção rodoviária e
barragens de pequeno porte. Sabe-se, também, que parte do material utilizado como
aterro na obra de duplicação da BR-101, em tais localidades, é representado pelo solo
aqui investigado.
Cabe ressaltar, ainda, que este mesmo solo já foi objeto de avaliação anterior,
Chaves (1979), tendo tido, contudo, propósito de estudo da composição química,
mineralógica e micro estrutural do material, analisando-se aspectos qualitativos e
quantitativos. Neste sentido, busca-se aqui, agora, uma avaliação de suas propriedades
mecânicas.
O procedimento de amostragem foi o mesmo utilizado por Chaves (1979),
consistindo em:
Observação do perfil da jazida e seleção dos horizontes de interesse.
Remoção do material solto e afetado pela exposição às intempéries.
Escavação manual das amostras representativas e acondicionamento em
sacos de polietileno para evitar contaminação e perda da fração fina.
Transporte ao laboratório e secagem à temperatura ambiente.
Metodologia dos ensaios
Considerando a existência de dados anteriores referentes a uma análise química
do material, Chaves (1979), optou-se por desenvolver um estudo de suas propriedades
5
mecânicas, no que se refere ao efeito da energia de compactação sobre tais
propriedades.
Foram realizados ensaios de caracterização geotécnica, de compactação e
ensaios de Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou Califorina Bearing Ratio (CBR).
Todos os ensaios foram executados de acordo com as orientações da Associação
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), conforme ilustrado na Tabela 1.
Tabela 1 – Ensaios e normas técnicas correspondentes.
Ensaio Norma
Análise granulométrica NBR 7181 (ABNT, 1984)
Limite de liquidez NBR 6459 (ABNT, 1984)
Limite de plasticidade NBR 7180 (ABNT, 1984)
Massa específica dos sólidos NBR 6508 (ABNT, 1984)
Compactação NBR 7182 (ABNT, 1986)
Índice de suporte califórnia NBR 9895 (ABNT, 1987) Fonte: Autor (2016).
Ensaios de caracterização geotécnica
A caracterização geotécnica dos solos estudados consistiu na realização dos
ensaios de análise granulométrica, limite de liquidez, limite de plasticidade e massa
específica dos sólidos.
Previamente a realização de cada ensaio, a amostra era preparada conforme
recomendações da norma ABNT NBR 6457/86.
As análises granulométricas foram realizadas com o uso de defloculante
(hexametafosfato de sódio), para a desagregação das aglomerações entre as partículas,
baseando-se na norma ABNT NBR 7181/84. Para tal, tomou-se uma amostra de 1 kg e
4 kg, utilizadas nos processos de peneiramento e sedimentação, dos solos de São José
de Mipibu e Canguaretama respectivamente.
Quanto à massa específica, seguiram-se recomendações da norma ABNT NBR
6508/84, ensaiando-se duas amostras de 50 g. O resultado final foi obtido pela média
dos valores encontrados em cada processo.
O limite de liquidez foi determinado conforme especificação da norma ABNT
NBR 6459/84, sendo equivalente ao teor de umidade para qual se fecha uma ranhura no
solo após 25 golpes no aparelho padrão.
Para o ensaio de limite de plasticidade, apoiou-se na norma ABNT NBR
7180/84. Foi-se realizadas cinco medidas, de modo que o limite de plasticidade
6
correspondente representou a média de três valores considerados satisfatórios pela
norma.
Ensaios de compactação
Os solos pesquisados foram compactados nas três energias de compactação
especificadas pela norma ABNT NBR 7182/86 (Normal, Intermediária e Modificada).
Para cada ensaio, realizou-se a moldagem de seis amostras compactadas a teores de
umidade diferentes, com reuso de material e com teor de umidade inicial 5% abaixo do
teor de umidade ótimo presumível, de modo a se traçar a curva de compactação para
determinação da massa específica seca máxima e do correspondente teor de umidade
ótimo. A Tabela 2 apresenta as características inerentes a cada energia de compactação
para o cilindro utilizado.
Tabela 2 – Energias de compactação.
Cilindro Característica inerente a cada
energia de compactação
Energia
Normal Intermediária Modificada
Pequeno
Soquete Pequeno Grande Grande
Número de camadas 3 3 5
Número de golpes por camada 26 21 27
Fonte: ABNT NBR 7182/86
Ensaios de Índice de Suporte Califórnia
Neste ensaio, procurou-se determinar a resistência à penetração e expansão dos
solos estudados, compactados no teor de umidade ótimo, referente aos ensaios de
compactação, das três energias anteriormente descritas.
A metodologia do ensaio seguiu recomendações da norma ABNT NBR 9895/87,
sendo a compactação realizada com 12,26 e 55 golpes por camada, dependente da
energia de compactação aplicada, num total de cinco camadas. Os corpos de prova
foram submersos em água por 96 horas, tendo as marcações dos relógios comparadores
lidas a cada 24 horas para determinação da expansão. Em seguida, foram submetidos ao
assentamento do pistão de penetração na prensa hidráulica manual, conforme prescrito
por norma, sendo anotadas as leituras do relógio comparador do anel dinamométrico e a
posterior determinação do Índice de Suporte Califórnia.
7
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste item apresentam-se e analisam-se os resultados alcançados durante o
estudo, fazendo-se uso de tabelas e gráficos que proporcionam uma melhor
interpretação visual.
Inicialmente fez-se uma análise de caracterização, no que se refere à
granulometria e aos Limites de Atterberg, para uma posterior classificação dos solos
estudados. Em seguida, discutiu-se acerca da compactação e do Índice de Suporte
Califórnia, obtidos para energias correspondentes ao Proctor Normal, Intermediário e
Modificado, e submetidos a diferentes teores de umidade.
Ensaios de caracterização
Os resultados referentes à caracterização geotécnica dos solos estudados estão
representados na Figura 2 e nas Tabelas 3 e 4.
Figura 2 – Curva de distribuição granulométrica
Fonte: Autor (2016).
No solo de Canguaretama, observou-se, através dos resultados da Análise
Granulométrica, que este contém 8,3% de pedregulho, 19,6% de areia grossa, 33,4% de
areia média, 13,7% de areia fina e 25% de finos, sendo 8,8% de silte e 16,2% de argila
(Tabela 3).
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Tabela 3 – Frações constituintes do solo Canguaretama.
Fração Diâmetro das partículas (mm) ABNT
NBR 6502/95 (%)
Pedregulho 2 a 60 8,3
Areia grossa 0,6 a 2 19,6
Areia média 0,2 a 0,6 33,4
Areia fina 0,06 a 0,2 13,7
Silte 0,002 a 0,06 8,8
Argila < 0,002 16,2 Fonte: Autor (2016).
Este material apresentou Limite de Liquidez (LL) igual a 21% e Limite de
Plasticidade (LP) igual a 13%. O Índice de Plasticidade (IP) foi determinado a partir dos
resultados de LL e LP (IP = LL – LP), apresentando o valor de 8%.
O valor referente à massa específica dos sólidos, obtido por meio da média dos
valores encontrados nos dois ensaios realizados, conforme sugerido por norma, foi de
2,586 g/cm³.
O solo de São José de Mipibu, em sua distribuição granulométrica (Figura 2),
apresenta 0,7% de pedregulho, 12,7% de areia grossa, 19,1% de areia média, 29% de
areia fina e 38,5% de finos, dos quais 35,3% de silte e 3,2% de argila (Tabela 4).
Quanto aos Limites de Consistência, o solo apresentou Limite de Liquidez (LL)
de 25% e Limite de Plasticidade (LP) de 13%, de modo que o Índice de Plasticidade
(IP) foi de 12%. Já o valor da massa específica dos sólidos foi de 2,516 g/cm³.
Tabela 4 – Frações constituintes do solo São José de Mipibu.
Fração Diâmetro das partículas (mm)
ABNT NBR 6502/95 (%)
Pedregulho 2 a 60 0,7
Areia grossa 0,6 a 2 12,7
Areia média 0,2 a 0,6 19,1
Areia fina 0,06 a 0,2 29,0
Silte 0,002 a 0,06 35,3
Argila < 0,002 3,2 Fonte: Autor (2016).
Os resultados obtidos estão em conformidade com o previsto, apresentando
valores coerentes com o que foi proposto por Santana e Gontijo (1987) apud Delgado
(2007), no quesito de serem materiais com pequena fração de areia grossa, elevados
teores de finos e com Limites de Liquidez e Índices de Plasticidade da ordem de 25 e
8%, respectivamente.
Os valores encontrados de massa específica (2,586 g/cm³ para o solo
Canguaretama e 2,516 g/cm³ para o solo São José de Mipibu), no entanto, não condizem
9
com o esperado. Tal diferença resulta possivelmente de uma ineficiência da bomba de
vácuo utilizada no ensaio.
Por serem formados por partículas oriundas da decomposição das rochas que
compunham inicialmente a crosta terrestre, as propriedades físicas dos solos são
determinadas primeiramente pelos minerais que constituem essas partículas.
Nesse sentido, os valores de massa específica dependeriam do constituinte
mineralógico das partículas, de modo que, segundo Caputo (1988), para a maioria dos
solos tais valores variariam entre 2,65 e 2,85 g/cm³, diminuindo para solos com elevado
teor de matéria orgânica e aumentando para solos ricos em óxidos de ferro.
Pinto (2006) afirma, também, que os valores situam-se em torno de 2,7 g/cm³, de
forma que para as areias esse valor seria 2,65 g/cm³, em virtude do quartzo, chegando
até 3,0 g/cm³ para argilas lateríticas, em consequência dos sais de ferro.
Por conseguinte, foi considerado neste trabalho valores de massa específica, para
ambos os solos, da ordem de 2,7 g/cm³.
Segundo os ensaios de caracterização, os solos foram classificados de acordo
com o Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS) e conforme o sistema de
classificação rodoviário da Highway Research Board (HRB).
No Sistema Unificado, o solo Canguaretama, por apresentar uma porcentagem
de finos (material que passa na peneira nº 200) inferior a 50%, foi considerado de
granulação grossa. Conforme mostrado na Tabela 3 o solo é predominantemente
arenoso, sendo classificado, com base na carta de plasticidade, como areia argilosa
(SC).
Já de acordo com o Sistema Rodoviário, o solo enquadrou-se no grupo A-2-4
(0), apresentando porcentagem de finos inferior a 35% e Limite de Liquidez e Índice de
Plasticidade, respectivamente, de 21 e 8%.
O solo São José de Mipibu, no Sistema Unificado, classificou-se, também, como
areia argilosa (SC) e, segundo o Sistema Rodoviário, a classificação remeteu ao grupo
A-6 (1), conforme o seu percentual de finos, Limite de Liquidez, Índice de Plasticidade
e Índice de Grupo.
10
Ensaios de compactação
Foram determinadas as curvas de compactação para os dois tipos de solo,
expressando valores de massa específica seca em função do teor de umidade, obtidas
segundo energias equivalentes ao Proctor Normal, Intermediário e Modificado.
Os resultados dos ensaios encontram-se representados nas Figuras 3 e 4, com os
teores de umidade ótimos (𝑤𝑜𝑡) e as massas específicas secas máximas (𝜌𝑑𝑚á𝑥)
indicados nas Tabelas 5 e 6.
Observa-se segundo a Figura 4 que, para o material Canguaretama, como
previsto por Nogami e Villibor (1995) apud Delgado (2007), o ramo seco ascendente
apresenta-se consideravelmente íngreme. Analisando as curvas, percebe-se, ainda, que o
efeito da variação da energia pouco interfere no estado do solo quando este se encontra
com teores de umidade superiores a umidade ótima. Já para teores abaixo desta
umidade, a aplicação de maior energia implica em um crescimento da massa específica
seca.
Figura 3 – Curvas de compactação do solo São José de Mipibu.
Fonte: Autor (2016).
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Tabela 5 – Resultados de compactação do solo São José de Mipibu.
Energia 𝝆𝒅 𝒎á𝒙 (g/cm³) 𝒘𝒐𝒕 (%)
Normal 1,95 12,0
Intermediária 2,04 10,5
Modificada 2,13 8,5
Fonte: Autor (2016).
Figura 4 – Curvas de compactação do solo Canguaretama.
Fonte: Autor (2016).
Tabela 6 – Resultados de compactação do solo Canguaretama.
Energia 𝝆𝒅 𝒎á𝒙 (g/cm³) 𝒘𝒐𝒕 (%)
Normal 2,00 10,0
Intermediária 2,10 8,8
Modificada 2,15 8,0
Fonte: Autor (2016).
É possível verificar, também, segundo os dados apresentados nas Tabelas 5 e 6,
que o Solo Canguaretama foi o que apresentou as mais altas massas específicas secas.
As Figuras 3 e 4 mostram, ainda, que o aumento da energia de compactação implica em
um deslocamento da curva para esquerda e para cima, apontando maiores valores de
massa específica seca e menores teores de umidade ótima.
12
Ensaios de Índice de Suporte Califórnia
Determinadas as curvas de compactação, os solos foram submetidos aos ensaios
de ISC, compactados segundo teores de umidade ótimos das três energias Proctor, para
determinação de suas respectivas expansões e resistências à penetração. Os
rompimentos dos corpos de prova ocorreram após quatro dias de imersão em tanque
com água, de forma a simular a pior condição possível do estado de serviço.
Os resultados obtidos encontram-se expostos nas Tabelas 7 e 8.
Tabela 7 – Resultados de ISC e expansão do solo Canguaretama.
Energia 𝝆𝒅 𝒎á𝒙
(g/cm³)
𝝆𝒅 𝒎𝒐𝒍𝒅𝒂𝒈𝒆𝒎
(g/cm³) 𝒘𝒐𝒕 (%)
𝒘𝒎𝒐𝒍𝒅𝒂𝒈𝒆𝒎
(%) ISC (%)
Expansão
(%)
Normal 2,00 2,00 10,0 10,62 7,00 0,033
Intermediária 2,10 2,05 8,8 8,8 27,22 0,065
Modificada 2,15 2,10 8,0 7,95 39,82 0,023 Fonte: Autor (2016).
Tabela 8 – Resultados de ISC e expansão do solo São José de Mipibu.
Energia 𝝆𝒅 𝒎á𝒙
(g/cm³)
𝝆𝒅 𝒎𝒐𝒍𝒅𝒂𝒈𝒆𝒎
(g/cm³) 𝒘𝒐𝒕 (%)
𝒘𝒎𝒐𝒍𝒅𝒂𝒈𝒆𝒎
(%) ISC (%) Expansão (%)
Normal 1,95 1,94 12,0 11,64 2,26 1,047
Intermediária 2,04 2,03 10,5 10,80 7,00 1,529
Modificada 2,13 2,26 8,5 8,37 1,72 2,097 Fonte: Autor (2016).
Analisando as respostas numéricas alcançadas, verifica-se que os valores de ISC
dos solos estudados aumentaram com o acréscimo da energia de compactação, com
exceção do que foi observado para o solo São José de Mipibu quando ensaiado sob
energia Proctor Modificada.
Com a hipótese de que uma possível quebra de grãos, resultante dos ensaios
anteriores, poderia ter interferido no resultado, um segundo ensaio de análise
granulométrica foi realizado com tal material. Observou-se, contudo, que não houve
alteração nas porcentagens anteriormente determinadas. Foram realizados, então, novos
ensaios de ISC os quais ratificaram os valores encontrados previamente, indicando,
assim, que não houve falha na realização dos ensaios.
Segundo os dados da Tabela 8 e da Figura 3, observa-se que quando compactado
com energia Modificada, o solo São José de Mipibu atinge um grau de saturação
próximo ao de 100%. O grau de saturação correspondente ao valor máximo da curva de
13
compactação na energia Modificada é 87,8 %, portanto inferior ao da condição de
moldagem (100 %), o que poderia justificar a queda de resistência.
Constatou-se, também, que a expansão pouco varia com o aumento da energia
de compactação, estando mais relacionada com a granulometria do material do que com
a energia aplicada (solos com maiores teores de finos tendem a apresentar maiores
expansões).
Examinando, ainda, os dados encontrados, percebe-se uma maior eficiência do
Solo Canguaretama, em termos de ISC, diante do Solo São José de Mipibu. Essa maior
eficiência deve-se a natureza do solo estudado e sua relação S/R (sílica/sesquióxido).
Estudos de Chaves (1979) indicam que para o solo Canguaretama os sesquióxidos
(𝐹𝑒2𝑂3 + 𝐴𝑙2𝑂3) somam 36,91%. Cunha (1992) afirma que “[...] os sesquióxidos
existentes nos solos lateríticos têm a propriedade de revestir os constituintes argilosos,
tornando-os mais granulares [...]”. Sendo assim, baseado nesses dados, o solo São José
de Mipibu coletado não se configuraria como o mesmo material coletado por Chaves
em seu estudo, o qual apresentava uma relação S/R de 30,07%, justificando, assim, sua
baixa capacidade de suporte.
Segundo dados do Manual de Pavimentação do DNIT (2006), materiais
aconselháveis para subleitos em obras rodoviárias seriam aqueles com expansões
menores ou iguais a 2% e ISC maior ou igual a 2%. Já os materiais indicados para sub-
bases teriam expansões inferiores a 1% e ISC superiores a 20% (com Índice de Grupo
igual a zero) e, para bases, expansão abaixo de 0,5% e ISC maiores que 80%.
Nesse sentido, verifica-se que dentre os materiais estudados, o solo
Canguaretama apresenta os melhores resultados, estando em conformidade com o que
se era esperado. Os dados, contudo, indicam que a amostra de solo São José de Mipibu
analisada pode não representar o tipo de solo em questão.
Seguindo ainda o critério apresentado pelo DNIT, o solo São José de Mipibu
poderia ter seu uso em obras rodoviárias apenas como material de subleito. O solo
Canguaretama, por sua vez, quando compactado com energia Proctor Intermediária e
Modificada, poderia ser utilizado em sub-bases, e quando compactados em energia
Normal estaria apto ao uso como material de reforço de subleito, visto que para esta
aplicação o solo deve apresentar ISC maior que o do subleito e expansão menor que 1%.
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A Tabela 9 aponta ainda possíveis resultados de ISC para os grupos de solo
segundo as classificações SUCS e HRB, compactados mediante a energia Proctor
Modificada.
Tabela 9 – Valores prováveis de ISC.
SUCS AASTHO-HRB
Solos ISC Solos ISC
A-1-a 40 a mais de 80 GW 40 a mais de 80
A-1-b 20 a mais de 80 GP 30 a mais de 60
A-2-4 e A-2-5 25 a mais de 80 GM 20 a mais de 60
A-2-6 e A-2-7 12 a 30 GC e SW 20 a 40
A-3 15 a 40 SP e SM 10 a 40
A-4 4 a 25 SC 5 a 20
A-5 menos de 2 a 10 ML, CL, CH 15 a menos de 2
A-6 menos de 2 a 15 MH 10 a menos de 2
A-7 menos de 2 a 15 OL e OH 5 a menos de 2 Fonte: Manual de pavimentação do DNIT (2006), adaptado.
Verifica-se, dessa forma, que o valor alcançado de ISC referente ao solo
Canguaretama está de acordo com a previsão relativa ao seu grupo do Sistema de
Classificação Rodoviário, porém sendo superior ao valor previsto para sua categoria
quanto ao Sistema Unificado. Já o solo São José de Mipibu, tal valor atendeu as
estimativas quando classificado, também, no Sistema Rodoviário, estando abaixo,
contudo, dos possíveis resultados para os solos de classificação SC, cujo material se
enquadra no Sistema de Classificação Unificado.
CONCLUSÕES
Com base nos resultados obtidos e nas análises realizadas, concluem-se os
seguintes fatores no que se refere à caracterização geotécnica e às propriedades
mecânicas de solos lateríticos, relativas ao efeito da variação da energia de compactação
em ensaios de Índice de Suporte Califórnia.
A partir dos ensaios de caracterização, os solos estudados foram classificados
mediante o Sistema Unificado de Classificação de Solos e pelo sistema rodoviário
da HRB. O solo Canguaretama foi identificado como SC naquele método e como
A-2-4 (0) neste, já o solo São José de Mipibu, como SC no SUCS e A-6 (1) no
sistema rodoviário.
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Ambos os solos atenderam as expectativas de Santana e Gontijo (1987) apud
Delgado (2007), no que se refere à porcentagem que passa na peneira n° 200
(elevado teor de finos) e Limite de Liquidez e Índice de Plasticidade (da ordem de
25 e 8%, respectivamente).
Os valores obtidos de massa específica dos sólidos não corresponderam às
expectativas, razão pela qual se adotou valor diferente, baseado, entretanto, em
valores conhecidos deste parâmetro fornecidos pela literatura para esse tipo de solo.
Quanto aos ensaios de compactação, observou-se que com o aumento da energia a
curva se deslocou para a esquerda e para cima, apontando maiores valores de massa
específica aparente seca e menores teores de umidade ótima. O ramo seco
apresentou-se íngreme (comportamento típico de solos lateríticos), e o acréscimo de
água, até determinado ponto, favoreceu uma compactação mais eficiente.
O aumento da energia de compactação acarretou em maiores valores de ISC, com
exceção do observado para o solo São José de Mipibu quando compactado com
energia Modificada. Este comportamento deve-se ao elevado grau de saturação
apresentado pelo solo nesta condição.
Os dados de ISC revelaram que o solo São José de Mipibu estaria apto ao uso em
obras rodoviárias apenas como material de subleito. Já o solo Canguaretama teria
maior aplicação em virtude dos maiores valores de resistência atingidos,
principalmente quando compactados com energia Intermediária e Modificada.
As expansões atingidas pelo solo Canguaretama reforça a tese proposta por Santana
e Gontijo (1987) apud Delgado (2007) de que solos lateríticos apresentam baixa
expansão quando em contato com água livre, depois de compactados. O mesmo,
porém, não pode ser observado para o solo São José de Mipibu.
De forma geral, os resultados do estudo apontaram uma melhor qualidade do
material de Canguaretama quando comparado com o de São José de Mipibu, tendo
sua aplicação, por conseguinte, mais aconselhável em obras de terraplenagem. Os
valores de ISC deste solo, quando compactados com energia Intermediária e
Modificada, corroboraram a razão principal deste trabalho, a de que solos
lateríticos, apesar do elevado teor de finos, podem apresentar uma boa capacidade
de suporte.
Os valores de ISC e expansão atingidos pelo solo São José de Mipibu levantam a
hipótese de que este material não seja representativo de materiais lateríticos.
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