UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
INFLUÊNCIA DA SUCÇÃO NO COMPORTAMENTO DE UM
PERFIL DE SOLO TROPICAL COMPACTADO
ANNA KARINA CHAVES DELGADO
ORIENTADOR: PROF. JOSÉ CAMAPUM DE CARVALHO, PhD
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM GEOTECNIA
PUBLICAÇÃO: G.DM- 093A/02
BRASÍLIA: ABRIL DE 2002
i
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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
INFLUÊNCIA DA SUCÇÃO NO COMPORTAMENTO DE UM PERFIL
DE SOLO TROPICAL COMPACTADO
ANNA KARINA CHAVES DELGADO
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA COMO
PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE
MESTRE.
APROVADA POR:
-----------------------------------------------------------JOSÉ CAMAPUM DE CARVALHO, PhD (UnB)
(ORIENTADOR)
---------------------------------------------------------JOSÉ HENRIQUE FEITOSA PEREIRA, PhD (UnB)
(EXAMINADOR INTERNO)
---------------------------------------------------------JORGE AUGUSTO PEREIRA CERATTI, PhD (UFRGS)
(EXAMINADOR EXTERNO)
BRASÍLIA/DF, 11 DE ABRIL DE 2002
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FICHA CATALOGRÁFICA
DELGADO, ANNA KARINA CHAVES
Influência da sucção no comportamento de um perfil de solo tropical compactado
xvii, 181p., 210 mm x 297 mm (ENC/FT/UnB, Mestre, Geotecnia, 2002).
Dissertação de Mestrado – Universidade de Brasília
Faculdade de Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil.
1. Pavimentação
3. Sucção
I. ENC/FT/UnB
2. Solos Tropicais
4. Ensaios de Laboratório
II. Título (Série)
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
DELGADO, A. K. C. (2002). Influência da sucção no comportamento de um perfil de solo
tropical compactado. Dissertação de Mestrado, G.DM-093A/02, Departamento de Engenharia
Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 200p.
CESSÃO DE DIREITOS
NOME DO AUTOR: Anna Karina Chaves Delgado
TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO: Influência da sucção no comportamento de
um perfil de solo tropical compactado
GRAU/ANO: Mestre/2002
É concedida à Universidade de Brasília permissão para reproduzir cópias desta dissertação de
mestrado e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e
científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte desta dissertação
pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor.
------------------------------------------------Anna Karina Chaves Delgado
SQN 405, Bloco N, apt.203, Asa Norte
CEP: 70846-140 Brasília/DF – Brasil
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DEDICATÓRIA
A DEUS
A minha mãe Maria Célia,
Tias, Maria José Chaves e Maria Djanira Chaves
Avós, José Chaves (in memória) e Maria do Carmo
E Irmãos, Vladimir e Anna Karenina
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AGRADECIMENTOS
Ao Prof. José Camapum de Carvalho pelo interesse, incentivo, orientação e
ensinamentos ministrados durante o período de desenvolvimento da dissertação.
Ao professor Márcio Muniz de Farias pelas valiosas orientações recebidas na fase de
análise dos resultados.
Ao professor José Henrique Feitosa Pereira por todo interesse, ajuda, apoio e
incentivo.
Aos técnicos Alessandro da Silva Barbosa, Ricardo e Vanilson, pelo auxílio na
realização dos ensaios laboratoriais.
À CAPES pelo apoio financeiro.
À Universidade de Brasília e ao Programa de Pós-Graduação em Geotecnia pela
oportunidade de desenvolver o trabalho de pesquisa.
Aos colegas David Luz, Luiz Guilherme Mello, Maruska Tatiana, Danielle Quirino,
Márcia Mascarenha, Marisaides Lima, Luciana Dellabianca, Suzana Dellabianca, por
todo o apoio e ajuda fornecida, assim como pelo aprendizado tanto no campo
profissional quanto pessoal.
A minha mãe Maria Célia e tias Maria José e Djanira que sempre me apoiaram no
decorrer da vida e cujo incentivo foi essencial durante o período do mestrado. E ainda
a prima Maria da conceição que tanto me ajudou no ínicio em Brasília.
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INFLUÊNCIA DA SUCÇÃO NO COMPORTAMENTO DE UM PERFIL
DE SOLO TROPICAL COMPACTADO
RESUMO
Este trabalho visa o estudo da influência da sucção no comportamento mecânico
de um perfil de solo laterítico compactado. A metodologia adotada envolve a execução de
ensaios laboratoriais sobre amostras oriundas de um perfil de solo, variando de 0,0 a 9,0m
de profundidade, localizado no Campo Experimental do Programa de Pós-Graduação em
Geotecnia da Universidade de Brasília (UnB). A análise é feita a partir de resultados de
sucção obtidos pelo método do papel filtro, da umidade determinada em estufa, da massa
específica aparente seca obtida usando-se os resultado da balança hidrostática e medições
com paquímetro e, da resistência a penetração considerando o método de ensaio de MiniCBR e uma adaptação do DCP, para o laboratório, denominada Cone Adaptado. Os
resultados indicam que as propriedades e comportamento do solo variam ao longo do
perfil de intemperismo. No entanto, quanto ao comportamento mecânico do solo
compactado, se observa a predominância da influência das condições de compactação, em
relação a das características física, química e mineralógica do solo. Destaca-se ainda a boa
correlação encontrada entre os valores de Mini-CBR e o coeficiente de rigidez (Ec),
obtido do ensaio de Cone Adaptado.
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SUCTION INFLUENCE IN THE BEHAVIOR OF TROPICAL
COMPACTED SOIL PROFILE
ABSTRACT
This research objectives the study of sucction paper in mecanic behaviour of compacted
lateritic soil profile. The methodology used is based in laboratory tests in the soil profile,
between 0,0 and 9,0 meters depth, located in the Experimental Area of Geotechnical
Postgraduated Programme in the Brasilia University (UnB). The analyse was realized with the
suction results obtained in the filter paper metod, water content determinated on the stove,
dry mass unit weight using the results obtained in the hidrostatic balance and measurements
with sliding calliper and, penetration strength considering Mini-CBR test method and DCP
adaptation, for laboratory, called adaptable cone. The results pinted to propriets and behavior
variations in the intemperism soil profile. Although, in the compacted soil mechanical
behavior, where occur compaction conditions influence prevails, in relation the soil phisics,
chemics and mineralogicals aspects. Then, emphasize the good correlation found between
Mini-CBR and stiffness coeficient (Ec) values, obtained in the adaptable cone test.
vii
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ÍNDICE
Capítulo
Página
CAPÍTULO 1- INTRODUÇÃO........................................................................
1
CAPÍTULO 2- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA..................................................
5
2.1- OS SOLOS LATERÍTICOS..................................................................................
2.1.1- CARACTERÍSTICAS DOS SOLOS LATERÍTICOS DO DISTRITO.............
FEDERAL
5
11
2.2- HISTÓRICO SOBRE O USO DOS SOLOS TROPICAIS NA.....................
PAVIMENTAÇÃO
13
2.3- A IMPORTÂNCIA DOS SOLOS TROPICAIS NA PAVIMENTAÇÃO E O.
DESENVOLVIMENTO DE UMA NOVA METODOLOGIA
14
2.4- A METODOLOGIA MCT (MINIATURA, COMPACTADO, TROPICAL)...
18
2.4.1- CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA MCT.....................................................
23
2.5- ENSAIOS DE LABORATÓRIO E DE CAMPO.................................................
26
2.5.1- ENSAIOS DE LABORATÓRIO.....................................................................
2.5.1.1-CONVENCIONAIS........................................................................................
2.5.1.2-ENSAIOS DA METODOLOGIA MCT.........................................................
2.5.1.3-A TÉCNICA DO PAPEL FILTRO.................................................................
2.5.1.4-MINI-CBR......................................................................................................
2.5.1.5-PENETRÔMETRO DINÂMICO DE CONE (DCP) ADAPTADO...............
26
26
28
31
35
36
2.5.2- ENSAIOS DE CAMPO......................................................................................
2.5.2.1-PENETRÔMETRO DINÂMICO DE CONE (DCP)......................................
37
37
2.6-A SUCÇÃO...............................................................................................................
40
2.7- CURVA CARACTERÍSTICA...............................................................................
44
2.7.1-CURVA CARACTERÍSTICA TRANSFORMADA......................................
47
CAPÍTULO 3- MATERIAIS E MÉTODOS...............................................................
52
viii
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3.1- MATERIAIS UTILIZADOS..................................................................................
52
3.2-METODOLOGIA....................................................................................................
3.2.1- MINI-COMPACTAÇÃO.................................................................................
3.2.2- DETERMINAÇÃO DA SUCÇÃO – MÉTODO DO PAPEL FILTRO.......
3.2.3- DETERMINAÇÃO DO MINI-CBR EM CORPOS DE PROVA DE..........
ALTURA REDUZIDA
3.2.4- UTILIZAÇÃO DO DCP ADAPTADO PARA LABORATÓRIO................
3.2.5- DETERMINAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO APARENTE DAS...............
AMOSTRAS
3.2.6- DETERMINAÇÃO DAS CURVAS CARACTERÍSTICAS.........................
3.2.7- DETERMINAÇÃO DO MINI-CBR CONVENCIONAL.............................
52
52
54
56
CAPÍTULO 4- APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS...................
62
4.1- CARACTERIZAÇÃO DO SOLO ESTUDADO..................................................
62
4.1.1- PROPRIEDADES FÍSICAS...........................................................................
62
4.1.2- CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA E MICROMORFOLÓGICA.
4.1.2.1- CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA...................................................
4.1.2.2- MICROMORFOLOGIA...............................................................................
68
68
73
4.1.3- CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS................................................................
76
4.2- CURVAS DE COMPACTAÇÃO..........................................................................
79
4.3- CURVAS CARACTERÍSTICAS..........................................................................
83
4.3.1- CURVA CARACTERÍSTICA AO LONGO DO PERFIL DO SOLO........
NATURAL
84
4.3.2- INFLUÊNCIA DO AMOLGAMENTO NA CURVA....................................
CARACTERÍSTICA
88
4.3.3- INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO NA CURVA CARACTERÍSTICA
4.3.3.1- ENERGIA NORMAL DE COMPACTAÇÃO...................................................
4.3.3.2- ENERGIA INTERMEDIÁRIA DE COMPACTAÇÃO.....................................
4.3.3.3- EFEITO DA COMPACTAÇÃO NA CURVA CARACTERÍSTICA................
89
90
93
94
4.3.4- TRANSFORMAÇÃO DA CURVA CARACTERÍSTICA............................
98
4.3.5- ÍNDICE DE VAZIOS.......................................................................................
104
4.4- INFLUÊNCIA DA UMIDADE E ENERGIA DE COMPACTAÇÃO NA
SUCÇÃO E COMPORTAMENTO DO SOLO...........................................................
106
4.4.1- MINI-COMPACTAÇÃO.................................................................................
106
57
58
59
60
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4.4.2- SUCÇÃO............................................................................................................
4.4.2.1- INFLUÊNCIA DA UMIDADE NA SUCÇÃO............................................
4.4.2.2-INFLUÊNCIA DA ENERGIA DE COMPACTAÇÃO (N) NA SUCÇÃO..
(pF)
4.4.2.2.1- UMIDADE DE COMPACTAÇÃO FIXA.............................................
4.4.2.2.2- ENERGIA FIXA.....................................................................................
4.4.2.3- CURVAS DE ISOSUCÇÃO......................................................................
111
111
116
117
122
127
4.4.3- MINI-CBR E CONE ADAPTADO.................................................................
4.4.3.1- MINI-CBR....................................................................................................
4.4.3.2- CONE ADAPTADO.....................................................................................
4.4.3.3- ANÁLISE DA RELAÇÃO EXISTENTE ENTRE O MINI-CBR E O........
CONE
4.4.3.4- MINI-CBR x CONE (Ec): ENSAIOS COM E SEM IMERSÃO.................
130
130
135
143
CAPÍTULO 5- CONCLUSÕES....................................................................................
154
5.1- SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS....................................................
158
CAPÍTULO 6- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................
159
A. PARÂMETROS DA MINI-COMPACTAÇÃO.........................................................
B. ANÁLISE DE SUCÇÃO CONSIDERANDO UMA ENERGIA DE
COMPACTAÇÃO FIXA.................................................................................................
C. ENSAIO MINI-CBR E CONE....................................................................................
167
150
173
176
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LISTA DE FIGURAS
Figura
Página
Figura 1.1-Ocorrência de solos lateríticos no Território Brasileiro...................................
Figura 2.1-Constituição granulométrica de alguns materiais usados na construção
rodoviária no Brasil............................................................................................................
Figura 2.2-Aparelho Compactador....................................................................................
Figura 2.3-Gráficos representativos de resultados de ensaios...........................................
Figura 2.4-Gráfico da classificação MCT e dados diversos dos grupos de solos..............
Figura 2.5-Ensaios da classificação MCT..........................................................................
Figura 2.6-Formas de Fluxo de água.................................................................................
Figura 2.7-Curvas de Calibração para o papel filtro Whatmann n0 42..............................
Figura 2.8-Cone Adaptado para Laboratório.....................................................................
Figura 2.9-Penetrômetro Dinâmico de Cone (DCP)..........................................................
Figura 2.10-Exemplificação da obtenção do DN...............................................................
Figura 2.11-Exemplificação de Curvas Características.....................................................
Figura 2.12- Curvas Características representativas do perfil de solo (Amostras
Indeformadas – Trajetória de Umedecimento) – Guimarães (2002).................................
Figura 2.13- Curva Característica e Curva Característica Transformada..........................
Figura 2.14- Distribuição de Poros....................................................................................
Figura 2.15- Modelo de distribuição de poros...................................................................
Figura 2.16-Estudo do comportamento mecânico dos solos..............................................
Figura 3.1- Corpos de prova compactados.........................................................................
Figura 3.2- Exemplificação da obtenção do parâmetro ISC..............................................
Figura 3.3- Equipamento utilizado para a realização do ensaio de penetração do cone....
Figura 3.4- Saturação dos corpos de prova para obtenção da Curva Característica........
segundo a Trajetória de Secagem
Figura 4.1- Caracterização física do solo do campo experimental da geotecnia da UnB
(Modificado, Guimarães, 2002).........................................................................................
Figura 4.2- Caracterização física do solo do campo experimental da geotecnia da UnB
(Modificado, Guimarães, 2002).........................................................................................
Figura 4.3- Perfil de umidade natural do solo estudado....................................................
Figura 4.4- Percentual de agregação existente no perfil de solo........................................
Figura 4.5- Curvas Granulométricas com e sem defloculante (9,0m) (Guimarães, 2002)
Figura 4.6- Distribuição dos minerais ao longo da profundidade......................................
3
17
20
21
25
30
31
34
37
39
39
44
47
48
49
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51
53
57
58
60
63
64
65
65
68
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Figura 4.7- Distribuição dos minerais ao longo da profundidade......................................
Figura 4.8- Evolução mineralógica....................................................................................
Figura 4.9- Variação dos índices de Atterberg em relação aos teores de hematita e
goetita.................................................................................................................................
Figura 4.10- Microscopia de varredura na profundidade de 1,0m e com ampliação de
500x....................................................................................................................................
Figura 4.11- Microscopia de varredura na profundidade de 1,0m e com ampliação de
1000x..................................................................................................................................
Figura 4.12- Microscopia de varredura na profundidade de 1,0m e com ampliação de
10.000x...............................................................................................................................
Figura 4.13- Microscopia de varredura na profundidade de 5,0m e com ampliação de
500x...................................................................................................................................
Figura 4.14- Microscopia de varredura na profundidade de 9,0m e com ampliação de
500x....................................................................................................................................
Figura 4.15- Microscopia de varredura na profundidade de 9,0m e com ampliação de
3000x..................................................................................................................................
Figura 4.16- Composição química do solo em perfil.........................................................
Figura 4.17- Curva de Compactação nas energias normal (EN) e intermediária (EI)
(Profundidade: 1,0m).........................................................................................................
Figura 4.18- Curva de Compactação nas energias normal (EN) e intermediária (EI)
(Profundidade: 3,0m).........................................................................................................
Figura 4.19- Curva de Compactação nas energias normal (EN) e intermediária (EI)
(Profundidade: 5,0m).........................................................................................................
Figura 4.20- Curva de Compactação nas energias normal (EN) e intermediária (EI)
(Profundidade: 7,0m).........................................................................................................
Figura 4.21- Curva de Compactação nas energias normal (EN) e intermediária (EI)
(Profundidade: 9,0m).........................................................................................................
Figura 4.22- Curvas características do solo do Campo Experimental da UnB (Amostras
(Indeformadas – Trajetória de Umedecimento) (Modificado, Guimarães (2002).............
Figura 4.23- Curvas características do solo Amolgado
(a) 1,0m ; (b) 9,0m...........................................................................................................
Figura 4.24- Curvas características do solo amolgado e Indeformado
(a) 1,0m ; (b) 9,0m...........................................................................................................
Figura 4.25- Curvas Características de Amostras Compactadas
(a) - Energia Normal - Trajetória de Secagem...................................................................
(b) - Energia Normal – Trajetória de Umedecimento........................................................
70
71
72
73
73
74
74
75
75
77
80
80
81
81
82
85
88
89
91
91
Figura 4.26 – Comparação entre as Trajetórias de Secagem e Umedecimento –
E.N...........................................................................................................................
92
Figura 4.27- Amostras Compactadas – E.I.- Trajetória de Secagem e Umedecimento.....
Figura 4.28- Curvas características do solo a 1,0m...........................................................
Figura 4.29- Curvas características do solo a 9,0m...........................................................
Figura 4.30- Amostra Indeformada versus Amostra Compactada- 3,0m..........................
Figura 4.31- Amostra Indeformada versus Amostra Compactada- 5,0m..........................
Figura 4.32- Amostra Indeformada versus Amostra Compactada- 7,0m..........................
93
94
95
96
96
97
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Figura 4.33- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características das Amostras Indeformadas.................. .................................
(b) Curvas Características Transformadas das Amostras Indeformadas...........................
Figura 4.34- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características das Amostras Amolgadas........................................................
(b) Curvas Características Transformadas das Amostras Amolgadas...............................
Figura 4.35- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características das Amostras Compactadas (E.N.).........................................
(b) Curvas Características Transformadas de Amostras Compactadas (E.N.)..................
Figura 4.36- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características das Amostras Compactadas (E.I.)............................................
(b) Curvas Características Transformadas das Amostras Compactadas (E.I.)..................
Figura 4.37- Comparação entre as Curvas Características Transformadas em 1,0 e
9,0m....................................................................................................................................
Figura 4.38- Curvas características transformadas representativas do perfil de
solo (Compactadas- Energia Normal)...............................................................................
Figura 4.39- Correção de índices de vazios.......................................................................
Figura 4.40– Localização dos pontos em relação à Curva de Compactação (1,0m)......
Figura 4.41– Localização dos pontos em relação à Curva de Compactação (3,0m)......
Figura 4.42– Localização dos pontos em relação à Curva de Compactação (5,0m)......
Figura 4.43– Localização dos pontos em relação à Curva de Compactação (7,0m)......
Figura 4.44– Localização dos pontos em relação à Curva de Compactação (9,0m)......
Figura 4.45 – Curvas Sucção (pF) versus umidade (w)
(a) 1,0m ; (b) 3,0m ; (c) 5,0m ; (d) 7,0m ; (e) 9,0m...................................................
Figura 4.46- Curvas pF x Sr e epF x Sr em diferentes umidades de compactação
(a) e (b) – 1,0m ; (c) e (d) – 3,0m.................................................................................
(e) e (f) – 5,0m ; (g) e (h) – 7,0m ; (i) e (j) – 9,0m.............................................
Figura 4.47 – Comparação entre curvas transformadas no perfil
(a) ramo seco, variação de –3% da umidade ótima..........................................…..............
(b) ramo úmido, variação de +3% da umidade ótima.........................................................
Figura 4.48- Curvas pF x N e epF x N para energia variável e umidades fixas
(a) e (b) – 1,0m ; (b) e (d) – 3,0m......................................................................................
(c) e (f) – 5,0m ; (d) e (h) – 7,0m ; (e) e (j) – 9,0m......................................................
Figura 4.49- Curva e x N em diferentes umidades de compactação
(a) 1,0m ; (b) 3,0m ; (c) 5,0m ; (d) 7,0m ; (e) 9,0m..................................................
Figura 4.50– Variação da sucção para uma energia de compactação fixa
(a)pF x w – 1,0m.................................................................................................................
(b)pF x Sr – 1,0 m ; (c) epF x Sr – 1,0m...........................................................................
(d) tendências (epF x Sr) – 1,0m..........................................................................................
Figura 4.51 – Variação da sucção para uma energia de compactação fixa
(a)pF x w – 9,0m.................................................................................................................
(b)pF x Sr – 9,0 m ; (c) tendências (epF x Sr) – 9,0m......................................................
Figura 4.52- Curvas de isosucção calculadas- 1,0m.........................................................
99
99
100
100
101
101
101
101
102
102
103
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109
109
110
110
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114
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116
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Figura 4.53- Curvas de isosucção calculadas- 3,0m.........................................................
Figura 4.54- Curvas de isosucção calculadas- 5,0m.........................................................
Figura 4.55- Curvas de isosucção calculadas- 7,0m.........................................................
Figura 4.56- Curvas de isosucção calculadas- 9,0m...........................................................
Figura 4.57- Variação do Mini-CBR x pF e Mini-CBR x pF/e
(a) e (b) - 1,0m...................................................................................................................
(c) e (d) - 3,0m ; (e) e (f) - 5,0m ; (g) e (h) - 7,0m.....................................................
(i) e (j) - 9,0m...................................................................................................................
Figura 4.58- Variação do Mini-CBR x pF para todas as profundidades............................
Figura 4.59- Variação do Mini-CBR x pF/e para todas as profundidades........................
Figura 4.60- Curvas Normatizadas para umidades de compactação fixas..........................
Figura 4.61 – Obtenção de Parâmetro Cone aplicando-se a formulação do Mini-CBR
(a) pF x Cone - 1,0m ; (b) pF/e x Cone - 1,0m..............................................................
(c) pF x Cone - 9,0m ; (d) pF/e x Cone - 9,0m.............................................................
Figura 4.62- Exemplificação da obtenção do Ec................................................................
Figura 4.63 – Coeficiente de rigidez (Ec) x pF e (Ec) x pF/e
(a) e (b) - 1,0m ; (c) e (d) - 3,0m.....................................................................................
(e) e (f) - 5,0m ; (g) e (h) - 7,0m ; (i) e (j) - 9,0m.......................................................
Figura 4.64- Variação de pF x Ec para todas as profundidades.........................................
Figura 4.65- Variação de pF/e x Ec para todas as profundidades......................................
Figura 4.66- Curvas Normatizadas (Ec) x sucção (pF/e) para umidades fixas...................
Figura 4.67- Correlação CBR x Cone (Ec)
(a) 1,0m ; (b) 3,0m.............................................................................................................
(c) 5,0m ; (d) 7,0m ; (e) 9,0m............................................................................................
Figura 4.68 – Variação do CBR x d e do Ec x d
(a) e (b) – 1,0m ; (c) e (d) – 3,0m ; (e) e (f) – 5,0m.........................................................
(g) e (h) – 7,0m ; (i) e (j) – 9,0m.......................................................................................
Figura 4.69- Correlações obtidas para 1,0m
(a) umidades: 16 % e 19% ; (b) umidades: 22% , 25% e 28%.........................................
Figura 4.70- Correlações obtidas para 3,0m
(a) umidade: 18% ; (b) umidades: 21% e 24% ; (c) umidades: 27% e 30%...................
Figura 4.71- Correlações obtidas para 5,0m
(a) umidades: 16% e 19% ; (b) umidades: 22%, 25% e 28%...........................................
Figura 4.72 - Correlações obtidas para 7,0m
(a) umidades: 18% e 21% ; (b) umidades: 24%, 27% e 30%............................................
Figura 4.73- Correlações obtidas para 9,0m
(a) umidades: 16% e 19% ; (b) umidades: 22%, 25% e 28%...........................................
Figura 4.74- Parâmetros de resistência para a amostra a 1,0m de profundidade................
Figura 4.75- Parâmetros de resistência para a amostra a 9,0m de profundidade................
128
128
129
129
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148
149
152
152
Figura B.1- 3,0m - (pFxw), (pFxSr), (epFxSr).................................................................... 173
Figura B.2- 5,0m - (pFxw), (pFxSr), (epFxSr)................................................................... 174
Figura B.3- 7,0m - (pFxw), (pFxSr), (epFxSr).................................................................... 175
xiv
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LISTA DE TABELAS
Tabelas
Página
Tabela 2.1- Classificação AASHTO................................................................................
Tabela 2.2- Classificação SUCS.......................................................................................
Tabela 2.3- Tempo de equilíbrio para a medição da sucção total....................................
27
27
35
Tabela 4.1-Resultados dos ensaios de caracterização geotécnica do solo da UnB
(Modificado Guimarães, 2002).........................................................................................
Tabela 4.2-Características Mineralógicas do solo da UnB (Carvalho,1995)...................
Tabela 4.3-Composição química dos solos do campo experimental da UnB..................
Tabela 4.4-Parâmetros de Compactação do solo estudado..............................................
Tabela 4.5-Resumo dos ensaios realizados......................................................................
Tabela 4.6-Dados das curvas características para amostras indeformadas (Modificado,
Guimarães, 2002)..............................................................................................................
62
Tabela 4.7-Pontos de entrada de ar representativos das curvas características
obtidas....................................................................................................................
Tabela 4.8-Parâmetros relativos a Mini-Compactação..........................................
Tabela 4.9-Energias Efetivas.................................................................................
Tabela 4.10-Parâmetros de resistência para amostra a 1,0m de profundidade......
Tabela 4.11-Parâmetros de resistência para amostra a 3,0m de profundidade......
Tabela 4.12-Parâmetros de resistência para amostra a 5,0m de profundidade......
Tabela 4.13-Parâmetros de resistência para amostra a 7,0m de profundidade......
Tabela 4.14-Parâmetros de resistência para amostra a 9,0m de profundidade......
97
107
120
150
151
151
151
151
Tabela A.1- 1,0m - (a), (b)- Parâmetros da Mini-Compactação.......................................
Tabela A.2- 3,0m - (a), (b)- Parâmetros da Mini-Compactação.......................................
Tabela A.3- 5,0m - (a), (b)- Parâmetros da Mini-Compactação.......................................
Tabela A.4- 7,0m - (a), (b)- Parâmetros da Mini-Compactação.......................................
Tabela A.5- 9,0m - (a), (b)- Parâmetros da Mini-Compactação.......................................
168
169
170
171
172
Tabela C.1- 1,0m – Ensaio Mini-CBR.............................................................................
Tabela C.2- 1,0m – Ensaio Cone......................................................................................
Tabela C.3- 3,0m – Ensaio Mini-CBR.............................................................................
Tabela C.4- 3,0m – Ensaio Cone......................................................................................
Tabela C.5- 5,0m – Ensaio Mini-CBR.............................................................................
Tabela C.6- 5,0m – Ensaio Cone......................................................................................
Tabela C.7- 7,0m – Ensaio Mini-CBR.............................................................................
Tabela C.8- 7,0m – Ensaio Cone......................................................................................
Tabela C.9- 9,0m – Ensaio Mini-CBR.............................................................................
Tabela C.10- 9,0m – Ensaio Cone....................................................................................
176
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LISTA DE SÍMBOLOS, NOMENCLATURA E ABREVIAÇÕES
A.A. – Amostra Amolgada
A.I. – Amostra Indeformada
AASHO – American Association of State Highway Officials
AASHTO – American Association of State Highway and Transportation Officials
ABNT – Associação Brasileira de normas Técnicas
%aCD / %aSD – Relação entre percentual de argila com e sem defloculante
Al – Alumínio
%Al – Percentual de Saturação em Alumínio
ASTM – American Society for Testing and Materials
B0 – pressão correspondente ao término de entrada de ar nos macroporos
C – Carbono orgânico
Ca - Cálcio
CBR – California Bearing Ratio
c´ - Coeficiente de deformabilidade da classificação MCT
CCI – Curva Característica obtida a partir de Amostra Indeformada
CD – Ensaio realizado com defloculante
C/ imersão1 – Ensaio realizado com imersão, considerando o tempo estipulado em norma (1
hora)
C/ imersão2 – Ensaio realizado com imersão, após retirada do recipiente utilizado para
imersão (15 minutos)
CCN – Curva Característica obtida a partir de Amostra Compactada na Energia Normal
C.T.C. – Capacidade de Troca Catiônica
DCP – penetrômetro dinâmico de cone
DN – índice de penetração
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
DER-DF – Departamento de Estradas de Rodagem do Distrito Federal
DER-SP – Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo
d´- inclinação da parte retilínea do ramo seco da curva de compactação na metodologia MCT
e0 – índice de vazios inicial
e´- índice de classificação MCT
e – índice de vazios
EAMI – pressão de entrada de ar nos microporos
Ec – Coeficiente de rigidez obtido através do ensaio de Cone Adaptado
eb – índice de vazios obtido pela balança hidrostática
ec – índice de vazios corrigido
E.I. – Energia Intermediária de Compactação
E.N. – Energia Normal de Compactação
ep – índice de vazios obtido através de medições do paquímetro
Fe – Ferro
Gs – Densidade dos grãos
HRB – Highway Research Board
Ia – Índice de atividade
IPT/ SP – Instituto de Pesquisa Tecnológica do Estado de São Paulo
IP – Índice de Plasticidade
ISC – Índice de Suporte Califórnia
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Iseco – inclinação do ramo seco
Iúmido – inclinação do ramo úmido
K - Potássio
MCT – Miniatura, Compactado, Tropical
MCV – Moisture Condition Value
Mg - Magnésio
Mini-MCV – Ensaio MCV da metodologia MCT
Mini-CBR – Ensaio de suporte da metodologia MCT
Mini-Proctor – Ensaio de compactação de energia constante da metodologia MCT
MO – Matéria Orgânica
MR – Módulo Resiliente
N – Número de golpes
Na - Sódio
NBR – Norma Brasileira Registrada
P – peso
PEA CCI – ponto de entrada de ar na característica de amostra compactada na energia
intermediária (CCI)
PEA CCN – ponto de entrada de ar na curva característica de amostra compactada na energia
normal (CCN)
pF – logarítmo da sucção em centímetros de coluna de água
pH – Potencial Hidrogeniônico
PI – Perda de massa por imersão
SD – Ensaio realizado sem defloculante
Si – Silício
S/ imersão – Ensaio realizado sem imersão
Sr – grau de saturação
Sr B0 – Saturação correspondente ao ponto B0
Sr EAMI – Saturação correspondente ao ponto de entrada de ar nos microporos (EAMI)
T.S. – Trajetória de Secagem
T.U. – Trajetória de Umedecimento
ua-uw (kPa) - Sucção
SUCS – Unified Soil Classification System
UnB – Universidade de Brasília
u a – Pressão de ar
u w – Pressão de água
%V – Percentual de saturação de bases
wB0 – Teor de umidade correspondente ao ponto B0
west – Teor de umidade estipulado
wEAMI – Teor de umidade correspondente ao ponto de entrada de ar nos microporos (EAMI)
wobt - Teor de umidade obtido
WL – Limite de liquidez
WP – Limite de Plasticidade
w – teor de umidade
wót – teor de umidade ótimo
est – peso específico estipulado
obt – peso específico obtido
obt (b) – peso específico obtido pela balança hidrostática
obt (p) – peso específico obtido pelo paquímetro
 - Porosidade
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1- INTRODUÇÃO
Logo após a introdução dos princípios da mecânica dos solos nos meios rodoviários
brasileiros, na década de quarenta, os engenheiros encontraram dificuldade no
desenvolvimento de soluções de problemas geotécnicos ligados à pavimentação. Isto ocorreu
devido às peculiaridades comportamentais apresentadas pelos solos tropicais, que não eram
consideradas nas especificações técnicas então vigentes. Estas condenavam a maioria dos
materiais existentes no Brasil, face aos seus elevados valores de WL, IP e porcentagem de
material passando na peneira n200 (0,074 mm). A definição do tipo de solo a ser usado nas
obras viárias, era então determinado pelas normas americanas AASHTO e ASTM,
desenvolvidas especificamente para países situados na zona temperada.
No Brasil existe em abundância materiais naturais conhecidos como solos lateríticos ou
solos tropicais (Figura 1.1). Estes solos apresentam características diferentes daquelas
tradicionalmente adotadas, o que foi comprovado com a utilização mais generalizada do
ensaio CBR (no início da década de cinqüenta). Observou-se que, as argilas lateríticas
apresentavam elevada capacidade de suporte e baixa expansibilidade, que chegava a
ultrapassar os valores da própria brita padrão.
Como os materiais que atendem as especificações tradicionais não são facilmente
encontrados em todas as regiões do Brasil, e principalmente junto aos grandes centros
urbanos, tornou-se essencial o estudo de materiais alternativos como os solos lateríticos finos.
Sendo assim, vários estudos foram iniciados utilizando-se os solos tropicais como
material de construção em diversas obras de engenharia, com o objetivo de avaliar as
características e propriedades relacionadas com seu comportamento físico e mecânico.
O Estado de São Paulo foi pioneiro na utilização dos solos finos. O primeiro especialista
em mecânica dos solos a valorizar sua utilização, foi o Eng. Francisco Pacheco e Silva do
IPT/SP. Por meio da execução de trechos experimentais, ele comprovou o bom
comportamento apresentado pelas argilas lateríticas, excetuando-se os períodos de chuvas
prolongados e o caso de trânsito muito pesado. Uma das soluções empregadas na época foi à
1
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incorporação de brita, resultando uma camada conhecida como “virado paulista”, que
contrariou as recomendações de estabilização granulométrica tradicionais.
Baseando-se nas considerações acima, esta pesquisa visa o estudo dos solos finos
argilosos com a finalidade de seu melhor aproveitamento nas obras de pavimentação. Muitas
pesquisas têm sido realizadas, em diferentes países, que comprovam a influência marcante da
sucção no módulo de resiliência dos solos. Como ocorrem constantes variações climáticas nos
países tropicais, embora o solo na maioria das vezes se mantenha não saturado, esta condição
de não saturação varia bastante ao longo do ano, observando-se assim, à importância do
parâmetro sucção na resistência dos solos. Então, de modo a analisar até que ponto a sucção
pode ser considerada, para um melhor dimensionamento de pavimentos, foi aqui realizado um
estudo que tenta, a partir da curva característica do solo, obter uma ligação entre a mesma e o
comportamento dos solos. Utiliza-se para este fim, os modelos propostos por Camapum de
Carvalho & Lerouil (2000) e Camapum de Carvalho e Pereira (2001), que levam em conta
respectivamente, a transformação e a normalização da sucção em pF (logaritmo da sucção em
centímetros de coluna d’água) pelo índice de vazios. Com a incorporação do índice de vazios,
facilita-se a análise do comportamento dos solos não saturados.
Objetivou-se também, o estudo de uma possível correlação entre os parâmetros de
resistência obtidos no ensaio de Mini-CBR e, o modelo obtido a partir de um ensaio de Cone
adaptado para laboratório (Ec). O estudo desta adaptação, objetiva avaliar o potencial de uso
do Cone na determinação da capacidade de suporte dos pavimentos.
Este trabalho visa então, através do estudo mais detalhado do comportamento de um
perfil de solo tropical fino compactado, contribuir para minimizar os custos e assegurar os
critérios de segurança, qualidade e durabilidade, utilizando este tipo de solo, nas obras de
pavimentação. As análises são realizadas com base em ensaios laboratoriais. Segundo
Burmister (1970), a identificação de solos no campo e no laboratório é o primeiro e mais
essencial passo na investigação do solo para uso em engenharia, cabendo ressaltar ainda que,
freqüentemente a fração fina tem influência dominante nos comportamentos dos solos,
particularmente em questões de drenagem, valores de suporte, estabilidade e deformabilidade.
Foram realizados os seguintes ensaios nesta pesquisa: análises químicas, medição de
sucção, Mini-CBR, Cone adaptado (Ec) e determinação das curvas características do solo
compactadas nas condições ótimas e energias Proctor normal e intermediário. As
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compactações e Mini-CBR foram executados segundo a metodologia MCT. Além dos ensaios
realizados utilizaram-se ainda os resultados de caracterização física e mineralógica e as curvas
características do solo no estado natural, apresentados por Guimarães (2002).
Figura 1.1- Ocorrência dos Solos Lateríticos no Território Brasileiro
(Villibor, Nogami, Beligni & Cincerre, 2000)
Esta dissertação apresenta no Capítulo 1 uma breve introdução sobre o trabalho e seus
objetivos.
No Capítulo 2 consta a revisão bibliográfica onde são apresentados conceitos sobre os
solos lateríticos, sua utilização na pavimentação, sua importância e o desenvolvimento da
metodologia MCT. Também apresenta-se uma breve descrição desta metodologia, dos ensaios
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de laboratório realizados, da sucção, da curva característica do solo e algumas características
que compõe o solo do Distrito Federal.
O Capítulo 3 descreve os materiais e métodos utilizados na realização dos ensaios.
No Capítulo 4 tem-se a apresentação dos resultados, as análises realizadas a partir dos
mesmos e, as correlações obtidas. Também observa-se a variação da composição química e
mineralógica do perfil de solo estudado.
O Capítulo 5 contém as conclusões e sugestões para pesquisas futuras.
No Capítulo 6 apresenta-se as Referências Bibliográficas utilizadas como embasamento
para realização deste trabalho.
4
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2- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A aplicabilidade dos solos lateríticos no campo da pavimentação vêm se desenvolvendo
acentuadamente nos últimos anos, muito embora os procedimentos de projetos usuais ainda
não considerem a influência da sucção no comportamento mecânico apresentado pelo material
compactado.
Sendo assim, este Capítulo visa apresentar aspectos gerais dos solos lateríticos e a sua
importância como material de pavimentação, além de detalhar os procedimentos laboratoriais
e de campo usados para a determinação do seu comportamento mecânico em termos de
resistência à penetração.
2.1- OS SOLOS LATERÍTICOS
Segundo Lucena & Cabrera (1990), o termo laterita foi empregado inicialmente pelo
geógrafo inglês, Buchanan em 1807. Este autor denominou laterita a um material
avermelhado, não estratificado, existente no sul da Índia. Este solo podia ser facilmente
cortado em blocos e possuía a característica de endurecimento quando exposto ao ar.
Posteriormente verificou-se que esta definição é restrita, devido à ocorrência de solos de outra
natureza e possuidores da mesma característica, em outras regiões tropicais. Observou-se
então, que os solos tropicais são influenciados por diversos fatores ligados ao meio ambiente,
rocha de formação, temperatura, precipitação e umidade. Com isto evidenciou-se a
necessidade de definições mais gerais para os solos lateríticos. Conforme Melfi (1994), o que
Buchanan chamou de laterita não era um perfil completo de solo, mas apenas um horizonte,
que os pedólogos brasileiros hoje classificam como laterita hidromórfica. Maignien (1966),
citado por Melfi (1994), ressaltou que o termo laterita utilizado por geólogos, engenheiros e
pedólogos nem sempre define o mesmo objeto e nem sempre tem o mesmo significado.
Visando a uniformização dos conceitos apresentados nos diferentes campos das
geociências e também uma melhor compreensão da sua gênese, distribuição e propriedades,
Schellmann (1982), apresentou a moderna definição de laterita. O autor definiu laterita como
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sendo “acumulações superficiais ou subsuperficiais de produtos provenientes do intenso
intemperismo de rochas, desenvolvidos sob condições favoráveis a uma maior mobilidade dos
elementos alcalinos, alcalinos-terrosos e sílica e imobilização de ferro e de alumínio”.
Apesar de formada a partir de um único processo, as lateritas podem englobar vários
tipos de produtos que se diferenciam, por exemplo, pela intensidade e tempo de atuação deste
processo e pelo tipo de material de origem. Sendo assim, as lateritas apresentam propriedades
físicas (cor, estrutura, dureza, consistência), químicas, físico-químicas e mineralógicas
(aluminosas, ferruginosas, manganesíferas) diferenciadas.
Posteriormente às diversas definições encontradas para lateritas, o DNER-SP (1971)
vem a definir o solo laterítico como sendo o solo cuja fração coloidal (abaixo de 2 micra)
apresenta relação molecular sílica/sesquióxidos menor que 2 e, em conjunto a presença
apreciável de sesquióxido de ferro, tendência para o concrecionamento e endurecimento sob
exposição ao sol, baixa expansibilidade e baixo teor de matéria orgânica.
Casanova (1987), complementa a definição anterior dando um enfoque mais detalhado
quanto à mineralogia deste tipo de solo. O autor observa que: “Um solo dito tropical tem a sua
mineralogia restrita a argilominerais do tipo (1:1) e óxidos livres, além de sílica livre na forma
de quartzo, podendo ocorrer pequena quantidade de material paracristalino. Todos esses
minerais compartilham o fato de serem minerais cuja carga superficial é variável e dependente
do pH. Como um todo, apresentam baixos valores para a superfície específica, a capacidade
de troca catiônica e densidade superficial da carga”.
Vaughan (1985), no entanto, define os solos tropicais como produtos resultantes
essencialmente da intemperização física e química de rochas ígneas, sedimentares e
metamórficas, devido às mudanças nas condições climáticas.
De uma forma geral, em um perfil de solo tropical são normalmente encontrados dois
tipos de solo, o laterítico e o saprolítico. O primeiro, residual ou não, intemperizado e rico em
minerais de argila e sesquióxidos formando a camada superficial. O saprolítico, localizado na
camada mais profunda, mantêm a estrutura da rocha de origem. Várias classificações foram
propostas com o objetivo de agrupar os diferentes tipos de lateritas. Algumas se basearam na
porcentagem de sesquióxidos, outras nas propriedades químicas e mineralógicas e, algumas
nos aspectos físico-morfológicos (Rezende, 1999), como verifica-se nas definições
apresentadas anteriormente.
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Segundo Nogami et al (1996), os solos lateríticos constituem a parte mais superficial do
subsolo em áreas bem drenadas (acima do lençol freático, indicado pela ausência de cursos
d´água permanentes). Estes solos se destacam no perfil, devido a sua uniformidade e
coloração característica: vermelha, alaranjada ou amarela. Formam um capeamento
recobrindo as demais camadas de solos; e possuem aspecto uniforme, não se percebendo
manchas, listras, camadas e xistosidades.
Estes ainda apresentam constituição mineralógica caracterizada, principalmente, pela
presença de reduzido número de minerais resistentes ao intemperismo tropical. Sua fração de
areia sendo constituída de quartzo e outros minerais resistentes tanto às intempéries como
mecanicamente, como por exemplo a magnetita, a ilmenita, a turmalina e o zircão. Quanto a
fração pedregulho, podem ocorrer quantidades variadas de concreções ferruginosas ou
aluminosas, conhecidas como lateritas, que apresentam resistência mecânica inferior aos
minerais referidos anteriormente. A fração argila, no entanto, é constituída de argilo-minerais
da família da caulinita e óxidos hidratados de ferro e/ou alumínio. Estes óxidos envolvem os
argilo-minerais, resultando uma microfábrica esponjosa ou de “pipoca”, muito característica.
Devido a cimentação existente entre os elementos que compõe esta microestrutura
(diâmetro inferior a 2 microns), a granulometria resultante dos ensaios padronizados pode
acusar elevada porcentagem de grãos maiores nas frações silte e areia, devido a presença de
torrões.
Quanto aos solos saprolíticos, estes constituem predominantemente a parte subjacente
da camada de solos lateríticos. Localizam-se em terrenos bem drenados (sem nível freático
emergente). São predominantemente heterogêneos (manchados, listrados ou xistosos) e
apresentam freqüentemente camadas de formas complexas, presença de matacões, dobras e
camadas inclinadas. Originam-se pela decomposição de rocha matriz, sendo portanto,
genuinamente residual e assim, herdando a sua estrutura, além de desenvolver outras feições
decorrentes da heterogeneidade de atuação do processo de intemperismo. Apresentam cores
variadas, tais como branco, preto, azul, verde, roxo, róseo, amarelo, vermelho e variegada.
Ao contrário dos solos lateríticos, sua composição mineralógica é variada, podendo ser
simples ou extremamente complexa, dependendo do tipo de rocha matriz e do seu grau de
intemperização. No entanto é bastante típica a ocorrência de mineralogia complexa em todas
as suas frações granulométricas. Na fração areia, podem ocorrer minerais não estáveis, mica e
feldspatos, ao intemperismo tropical e, na fração argila, minerais expansivos da família da
ilita e da montmorrilonita. Estes minerais geralmente se encontrando sob a forma de cristais
ou pacotes de cristais isolados. Na fração silte, no entanto, destaca-se entre seus componentes
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os argilo-minerais especialmente sob a forma de “sanfonas” de caulinita, as micas, o quartzo,
a magnetita e a ilmenita, por exemplo.
Os solos lateríticos mais típicos pertencem à classe dos latossolos (segundo terminologia
adotada pelo Serviço Nacional de Levantamento e Conservação de Solo). Porém, em termos
de comportamento geotécnico, tem-se incluído outros solos de outras classes pedológicas no
grupo dos de comportamento laterítico (L), como é o caso de muitos solos podzólicos e
algumas areias quartzosas (Godoy, Bernucci & Nogami,1996).
Segundo Queiroz de Carvalho (1987), os solos lateríticos, como resultado do processo
de laterização, são largamente dependentes dos seus constituintes finos, tidos como
constituintes ativos, isto é, constituintes amorfos e constituintes da fração tamanho argila.
Estes constituintes ativos são normalmente cimentados pelos óxidos de ferro e/ ou alumínio,
passando assim, a desempenhar um papel essencial quanto ao comportamento geotécnico
destes solos. Godoy & Bernucci (2000), complementam observando 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.
De acordo com a análise da microestrutura de solos lateríticos em duas regiões do Brasil
(PB e PA), Queiroz de Carvalho (1987) também observou que, a composição minerológica
destes solos apresenta argilomineral do tipo haloisita, e uma estrutura concrecionária com
cimentação/agregação das partículas finas por sesquióxidos de ferro e/ou alumínio.
Comprovou então, que estes possuem um alto grau de cimentação devido quase que
exclusivamente ao óxido de ferro/alumínio hidratado. No entanto, Cardoso (1995), estudando
solos lateríticos do Distrito Federal, observou microestruturas em que os solos apresentaram
níveis de cimentação por óxidos de ferro e alumínio bastante baixos.
Resultados de medidas de sucção, porosimetria e estudos químicos e mineralógicos em
solos lateríticos na região de Minas Gerais, sugerem que em estado não saturado, uma grande
porção das partículas argilosas são mantidas juntas por forças de capilaridade, adsorção e
interpartículas (Galvão, Sans et al., (1997).
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De acordo com Santana & Gontijo (1987) observa-se em solos de comportamento
lateríticos as seguintes características bastante peculiares: i) pequena fração de areia grossa
entre as peneiras no 10 e no 40; ii) posibilidade de ocorrência de elevados teores de finos, mais
de 25% passando na peneira no 200, com elevados valores de LL e IP, maiores que 25 e 8,
respectivamente, embora com CBRs elevados; iii) dificuldade em enquadrá-los nas
especificações granulométricas da AASHTO, similarmente ao que ocorre em relação aos
limites de LL  25% e IP  6%;
iv)encontra-se com pouca freqüência a relação kr
(sílica/sesquióxidos) > 2 ; v) expansão baixa e; vi) minerais argílicos do tipo caulinita, às
vezes com traços de ilita, mas nunca de montmorilonita.
Gidigasu (1976), citado por Rezende (1999), estudou grãos finos lateríticos e não
lateríticos que sofreram processo de lixiviação e laterização em vários graus de intensidade,
diferenciadas pelas condições climáticas, vegetação, topografia, condições de drenagem e
tipos de rocha de origem. Este autor confirmou que a relação entre o teor de argila e as
características geotécnicas de um solo são governadas pelo grau de lixiviação e laterização a
que são submetidos e também pela mineralogia da argila.
Segundo Melfi (1994), a relação existente entre as propriedades mecânicas dos
materiais, sua composição mineralógica e organização interna (estado de cristalização dos
minerais secundários, sistema poral, estado físico-químico da fração argila, composição
mineralógica da fração argila a arranjo microestrutural dos constituintes dos solos e das
lateritas) é marcante. Sendo assim, torna-se cada vez mais importante o estudo microscópico
das lateritas (amostras indeformadas), que além de estabelecer as relações entre as fases
minerais presentes e sua organização, possibilita a compreensão de solos com índices
geotécnicos semelhantes apresentarem comportamento mecânico distinto. Observa-se então
que, as condições climáticas em que os solos são formados, assim como aos diferentes graus
de intemperização a que são submetidos, têm influência marcante no seu comportamento do
ponto de vista da engenharia.
As propriedades índices tradicionais não permitem identificar diretamente os solos de
comportamento laterítico, pois solos possuidores de idênticos índices podem apresentar
propriedades mecânicas e hidraúlicas, tanto em estado natural como compactado, bem
diferentes, conforme se tenha comportamento laterítico ou não (Nogami & Villibor, 1995).
9
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No caso de solo laterítico, as propriedades índices conduzem muitas vezes a resultados
discordantes dos observados na análise táctil-visual proposta por Casagrande.
De acordo com Godoy & Bernucci (2000) , na engenharia, os solos lateríticos são
aqueles que quando devidamente compactados, ao perderem umidade, adquirem condição de
baixa perda de resistência ou até nenhuma perda, mesmo na presença de água. Por outro lado,
no estado natural, quanto maior o grau de laterização menor a sua susceptibilidade à erosão,
além de serem altamente permeáveis, possuem baixa capacidade de suporte, elevada
deformabilidade, excelentes condições de drenagem e possibilidade de colapso quando
submetido a determinadas cargas e molhagem (Nogami, Villibor, Sória & Fabbri, 1993).
Nogami & Villibor (1995) constataram a relevância da definição apresentada por
Godoy , além de detalharem o comportamento dos mesmos quando compactados. Os autores
observaram que estes solos se caracterizam pelo ramo seco da curva de compactação muito
inclinado, elevado grau de saturação quando compactados na densidade máxima, valores de
suporte elevados, baixa perda de suporte por imersão, baixa permeabilidade, lento
deslocamento da frente de umidade, baixa perda de massa por imersão, baixa expansibilidade
quando em contato com água livre, contração apreciável por perda de umidade e possibilidade
de elevado módulo de resiliência.
Vasconcelos Costa & Lucena (1987) após a realização de estudos em laboratório
visando definir a influência do desvio de umidade na resistência dos solos lateríticos
compactados, após a saturação, concluíram que, ocorrendo desvios de umidade em relação à
ótima, superiores a 0,5% no lado úmido e 1% no lado seco, alteraria-se substancialmente os
valores de resistência, em termos de CBR, dos solos lateríticos ensaiados após quatro dias de
imersão.
O comportamento resiliente destes solos, segundo dados publicados pela COPPE
(Medina e Motta, 1988) é bastante variado, obedecendo a quatro modelos diferentes. Cabe
destacar que valores muito elevados de módulo resiliente foram encontrados nas camadas
lateríticas compactadas, mesmo as de natureza eminentemente argilosa (grupo LG´). Motta et
al. (1985) verificaram que este módulo é pouco variável em função da tensão desvio e do
confinamento.
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Verificou-se portanto que, os solos lateríticos têm seu comportamento extremamente
influenciado pela gênese, composição química e mineralogica, grau de intemperização e
condições ambientais.
2.1.1- Características dos Solos Lateríticos do Distrito Federal
Os solos de um modo geral apresentam características próprias, herdadas ou adquiridas,
resultantes de fatores tais como: rocha matriz, clima, relevo, tempo e ação química e biológica
acrescidos das ações antrópicas. No distrito Federal, como em outras regiões tropicais, através
dos diversos processos ocorridos desde sua gênese, o solo apresenta propriedades, estrutura e
comportamentos hidráulico e mecânico peculiares (Guimarães, Camapum de Carvalho &
Muniz, 1997).
Os solos do Distrito Federal representam bem os solos da região do cerrado, como
comprovado por Melfi & Pedro (1977), através da verificação da abundância de gibsita, nos
solos do DF. Este fenômeno foi também constatado por Martins (1998), que caracterizou as
camadas mais superficiais da região por sofrerem essencialmente o processo de alitização, em
áreas com solos bem drenados. De acordo com o autor, em regiões de solos mal drenados
ocorre a ressilicação da gibbsita para caulinita.
Observa-se que a laterização controla basicamente toda a formação dos solos de Brasília
e, segundo Martins (1998), tanto as reações de hidrólise, como queluviação parcial agem
conjuntamente para esta formação.
O manto superficial dos perfis de solo característicos do DF são geralmente constituídos
de um material poroso, seja residual ou transportado. Sua espessura varia de centímetros a
dezenas de metros. Estes solos foram submetidos ao processo de laterização caracterizando-se
pela predominância de argilominerais do tipo caulinita e presença de óxidos de ferro e
alumínio e hidróxido de alumínio (Gibbsita). A maioria das bases Ca, Mg, K, Na e SiO2
foram lixiviadas, restando materiais em estado avançado de intemperismo que apresentam
uma estrutura porosa com partículas geralmente ligadas por pontes de argila (Paixão &
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Camapum de Carvalho, 1994; Cardoso, 1995 e Araki, 1997). O pH ácido desses solos (4,5 a
5) favorece a agregação existente no solo em seu estado natural. A estrutura porosa e as
agregações que existem nestes solos, confere a eles elevada porosidade (apesar da matriz
argilosa) e comportamento em termos de permeabilidade similar aos solos granulares finos
(10-3 a 10 -4 cm/s).
Cardoso (1995) observa que, devido à agregação das partículas de solo e a conseqüente
geração de grandes vazios (associados aos contatos estruturais realizados através de pontes de
argila), bem como, a inexpressiva ação da cimentação (devido ao pH ácido) e conseqüente
dissolução e precipitação dos oxihidróxidos de ferro, ocorre à existência de elevados
potenciais de colapso. Paixão e Camapum de Carvalho (1994) correlacionam o colapso à
camada de “argila porosa”.
Segundo Camapum de Carvalho et al. (1993), a “argila porosa” é constituída por argilas,
siltes e areias combinadas em diferentes proporções dependendo do domínio geológico local,
apresentando geralmente as seguintes características:
 SPT inferior a 6 golpes;
 Limite de liquidez entre 25 e 78%;
 Limite de plasticidade entre 58 e 18%;
 Ìndice de plasticidade entre 4 e 38%; e
 Índice de Vazios entre 1,2 e 2,2.
Segundo Camapum de Carvalho & Leroueil (2000), a presença de agregações nos solos
do DF, faz com que a textura argilosa verificada em ensaios granulométricos convencionais
com o uso de defloculante não seja normalmente constatada no solo em estado natural. Estas
agregações por sua vez se relacionando à presença de óxidos de ferro e alumínio e, sendo
responsáveis pela geração de uma microestrutura importante para as propriedades e
comportamento dos solos.
De acordo com Araki (1997) e Cardoso (1995), esta microestrutura é constituída por
poros no interior das agregações normalmente distintos dos poros existentes entre elas. A
estabilidade estrutural do solo estando então, diretamente ligada à natureza das ligações nas
agregações e entre elas.
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Araki (1997) realizando um estudo em perfil, sob a camada de “argila porosa” na região
da Asa Sul, no Metrô de Brasília, verificou que, a gibbsita e os minerais paracristalinos de Al
são predominantes nos primeiros metros, e sofrem uma redução gradual em seus teores de
acordo com a profundidade, o que também se reflete nos valores referentes de índice de
vazios. Tal fenômeno sendo resultado do intemperismo químico mais intenso em condições
mais superficiais.
O solo estudado para fins de elaboração da presente dissertação encontra-se detalhado
em termos de sua composição física, química e mineralógica no Capítulo 4.
2.2- HISTÓRICO SOBRE O USO DOS SOLOS TROPICAIS NA PAVIMENTAÇÃO
A importância dos solos tropicais como material de construção rodoviária no Brasil foi
reconhecida no final da década de trinta, pelo IPT/SP (Vargas, 1994). Isto ocorreu no decorrer
de um programa de estabilização de solos, que visava o revestimento das estradas de terra e
que apresentaram resultados insatisfatórios. Estes resultados foram atribuídos a diversos
fatores, como: utilização de procedimentos de construção baseados nas normas das regiões
temperadas, as peculiaridades dos solos tropicais, a falta de materiais granulares naturais, ao
clima tropical e ao volume de trânsito muito elevado (Rezende, 1999).
Segundo Nogami & Villibor (1990), o primeiro especialista em Mecânica dos Solos que
valorizou a elevada capacidade de suporte e a baixa expansibilidade das argilas lateríticas foi
o Engenheiro Francisco Pacheco e Silva do IPT. De acordo com suas idéias foram construídos
trechos experimentais com base de argila vermelha compactada, selada de todos os lados por
pintura betuminosa, os quais mostraram excelente desempenho quando comparados à base
constituída de pedra britada.
Observou-se posteriormente que as argilas lateríticas só não apresentavam bom
desempenho durante períodos de chuva prolongados e em rodovias de trânsito muito pesado.
Adotou-se então uma solução denominada “virado paulista”, que tratava-se da incorporação
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de brita a essas argilas, que foi realizada contrariando as recomendações da estabilização
granulométrica tradicional.
A implantação do plano de Pavimentação Paulista em 1956/60, criado no governo de
Jânio Quadros, impulsionou a utilização dos solos lateríticos em pavimentação. Substituiu-se
o uso do macadame hidráulico por solo laterítico, como componente de bases estabilizadas
granulometricamente, de solo-cimento e nas sub-bases e reforços do sub-leito. O uso das
propriedades índices sofreu algumas modificações, pois pela primeira vez foi utilizado solo
com IP acima de 10%.
No fim da década de 60 verificou-se o bom desempenho das bases de solo arenoso fino
laterítico em trechos experimentais no Estado de São Paulo. Estes solos não satisfaziam as
exigências tradicionais para bases estabilizadas granulometricamente e o bom desempenho
dos pavimentos conduziram ao desenvolvimento de novos procedimentos laboratoriais que
melhor pudessem caracterizá-los. Visando esta melhor caracterização desenvolveu-se, no
ínicio da década de 80, uma nova metodologia de ensaios geotécnicos denominada MCT
(Miniatura, Compactado, Tropical) e uma nova classificação dos solos Tropicais (Nogami &
Villibor, 1981).
2.3- A IMPORTÂNCIA DOS SOLOS TROPICAIS NA PAVIMENTAÇÃO E O
DESENVOLVIMENTO DE UMA NOVA METODOLOGIA
Os solos tropicais possuem comportamentos bem diferentes daqueles previsíveis pelos
procedimentos tradicionais de classificação geotécnica. Estas classificações tradicionais se
baseiam essencialmente, na granulometria, limite de liquidez (LL) e no índice de plasticidade
(IP). Ao contrário do que indicavam as classificações tradicionais, foi através da realização do
ensaio CBR, que primeiramente se comprovou às excelentes qualidades dos solos lateríticos
em pavimentação.
Mitchell & Sitar (1982) levantaram a possibilidade de usar resultados como os limites
de Atterberg na avaliação de características úteis a engenharia, como permeabilidade e
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compressibilidade. No entanto, Wesley (1988) opinou que, os testes convencionais são mais
aplicáveis quando se trata de solos residuais. No entanto, Gidigasu (1974) verificou que, os
aspectos comportamentais dos solos tropicais são complexos de forma que seu
comportamento não pode ser entendido de acordo com os princípios convencionais
estabelecidos para regiões de clima temperado.
Villibor et al (1996), complementa a afirmação de Gidigasu (1974), observando que o
uso dos métodos tradicionais na identificação e classificação dos solos tropicais pode
ocasionar duas conseqüências desagradáveis. A primeira conseqüência em se tratando de um
superdimensionamento do pavimento, no caso do solo comportar-se melhor que o previsto e,
a segunda referente ao subdimensionamento do pavimento, no caso do solo se comportar pior
que o previsto, resultando em uma drástica redução da vida útil ou ruptura precoce do
pavimento.
De acordo com os referidos autores, as pesquisas que se tem realizado mostram que os
eventos anteriormente referidos acontecem com freqüência, ilustrando a ineficiência da
correlação CBR e o índice de grupo, procedimento tradicionalmente usado pelo DNER para
dimensionamento de pavimentos.
A dificuldade de localização de materiais granulares e a predominância dos solos de
comportamento tropical contribuiu para o desenvolvimento de novos procedimentos
laboratoriais que possibilitassem uma melhor caracterização dos solos tropicais. Os solos
lateríticos têm constituído importante fonte de matéria-prima para a construção viária, devido
a seu excelente comportamento estrutural, ao menor custo em relação aos outros tipos de
matéria-prima e a sua abundância. São empregados na constituição de estruturas de
pavimentos (reforço do sub-leito, sub base e base), aterros, camadas de proteção de taludes,
recuperação de áreas degradadas, camadas de proteção de bacias de decantação, clay liners,
etc.
Como as propriedades índices tradicionais variam em função da estrutura dos solos,
estas não se prestam para prever de forma apropriada o comportamento dos solos lateríticos
em obras civis. Segundo Villibor (1981) ocorrem limitações nas avaliações referentes às
propriedades dos solos tropicais, baseadas nas classificações HRB-AASHO e USCS, devido à
dificuldade em se conseguir reprodutividade nos ensaios de limites de consistência. Tal fato
sendo parcialmente ocasionado pela decomposição dos materiais primários, as partículas finas
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fortemente agregadas e a força de ligação variada nas concreções. O autor observou ainda
que, as propriedades previstas nas classificações tradicionais conduzem geralmente a um
comportamento inferior ao verificado na prática quando se trata dos solos lateríticos e,
superior quando em solos sapróliticos (não lateríticos).
Devido a estas limitações, procurou-se relacionar novos procedimentos laboratoriais às
propriedades mecânicas e
hidráulicas dos solos compactados.
Isto
resultou
no
desenvolvimento de uma nova metodologia de ensaios geotécnicos, denominada MCT
(Miniatura, Compactado, Tropical) e uma nova classificação dos solos tropicais (Nogami &
Villibor, 1981).
Após o desenvolvimento da metodologia MCT desenvolveram-se várias pesquisas
objetivando verificar o comportamento dos solos lateríticos como material de construção
rodoviária. Santana & Gontijo (1987) observaram que, o pavimento laterítico possui
durabilidade aproximadamente duas vezes maior que o pavimento não laterítico. Tal fato foi
verificado através dos maiores valores de módulo resiliente para o pavimento com base
laterítica. Nota-se daí, a importância de se trabalhar com métodos de dimensionamento que
levem em conta os módulos resilientes das diversas camadas que constituem a estrutura de um
pavimento.
Nogami & Villibor (1993) estudaram o desempenho destes solos como subleito, reforço
de subleito, sub-base e base. Dentre as bases estudadas estavam às misturas estabilizadas
granulometricamente, a argila laterítica, a argila laterítica + brita, argila laterítica + outros
estabilizantes. Os autores verificaram que, os solos de comportamento laterítico dispensavam
a estabilização granulométrica tradicional ou adição de estabilizantes químicos e, que, as
misturas dos mesmos com material granular visava apenas a atender diferentes critérios
daqueles considerados para as misturas bem-graduadas.
Tendo em vista facilitar sua utilização, os materiais lateríticos foram classificados em
Concreções Ferruginosas (ou lateríticas) resistentes, Solos Finos de comportamento laterítico
e Solos Graúdos de comportamento laterítico. As Concreções Ferruginosas são passíveis de,
por britagem, fornecerem agregados graúdos. Quanto aos solos finos podem ser usados como
material para sub-bases e bases (exceto para tráfego pesado). Os solos graúdos além de usado
como material (inclusive para tráfego pesado) são usados como agregados graúdos em forma
de pisólitos lateríticos, obtidos por lavagem e peneiramento, para camadas asfálticas
(inclusive tratamentos superficiais) e de concreto de cimento portland (Santana & Gontijo,
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1987). Pode-se observar alguns exemplos das granulometrias de materiais usados na
construção rodoviária brasileira na Figura 2.2.
Após vários estudos realizados observou-se que, a utilização de materiais locais, aliada a
apropriados métodos de dimensionamento, propiciam um pavimento de custo bem menor e de
características técnicas iguais ou superiores ao pavimento obtido com materiais que
concordem com as especificações granulométricas ortodoxas. Verificou-se que apenas a
garantia da ausência de fadiga no concreto asfáltico, justifica a melhor qualidade técnica do
chamado pavimento laterítico.
Figura 2.2- Constituição Granulométrica de alguns materiais usados na construção
rodoviária no Brasil (Medina, 1989).
Em relação ao processo executivo destes pavimentos, constitui-se prática usual o
umedecimento prévio, com o intuito do ganho de peso específico durante a compactação. No
entanto, Guimarães et al. (1997) mostraram que esta técnica não é vantajosa, pois embora
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ocorra aumento do peso específico, há quebra na estrutura do solo, ocasionando redução da
resistência e do módulo de deformação.
Em relação ao comportamento apresentado por estes solos em laboratório verificou-se
que, mesmo para os solos lateríticos finos, a reutilização da amostra deve ser evitada, pois a
correção de umidade e peso específico pode piorar o comportamento do solo. Isto é
justificável considerando-se que para diferentes arranjos de partículas, pode-se ter um mesmo
peso específico. Portanto, as características estruturais do solo devem ser consideradas.
2.4- A METODOLOGIA MCT (MINIATURA, COMPACTADO,TROPICAL)
Após a introdução dos princípios da Mecânica dos solos nos meios rodoviários, na
década de quarenta, os engenheiros encontraram dificuldade em aplicá-los na pavimentação,
devido às peculiaridades comportamentais apresentadas pelos solos tropicais, que não eram
consideradas nas publicações disponíveis (Nogami et al, 1993). Constatou-se que as
recomendações baseadas nos métodos tradicionais não coincidiam com o comportamento
hidráulico e mecânico de muitos solos utilizados como material de construção rodoviário.
Assim, tornou-se necessário o desenvolvimento de uma metodologia que melhor caracterizase o material disponível.
Devido a predominância dos solos lateríticos no território brasileiro, passou-se a
considerar-se sua utilização como alternativa para a construção rodoviária. No entanto foi
apenas no início da década de cinqüenta, que a utilização mais generalizada do ensaio CBR
veio confirmar a qualidade das argilas lateríticas. Tal comportamento contrariando as
recomendações das classificações tradicionais baseadas nas propriedades índices.
No entanto, a desvinculação total dos procedimentos tradicionais para a escolha dos
solos lateríticos na pavimentação só foi possível no Estado de São Paulo em 1981, quando
foram divulgados os fundamentos da metodologia que passou a ser designada mais tarde de
metodologia MCT (Villibor (1981); Nogami e Villibor (1981)).
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A metodologia MCT (Miniatura, Compactado, Tropical) baseia-se no princípio que, os
índices classificatórios tradicionais não podem ser aplicados diretamente aos solos tropicais.
Surgindo a necessidade de desenvolver novos índices mais significativos, passou-se a efetuar
ensaios mecânicos e hidraúlicos simplificados, estes mais diretamente correlacionáveis com o
comportamento dos solos tropicais.
Cabe ressaltar que o termo comportamento foi introduzido a fim de caracterizar que a
classificação se baseia em propriedades mecânicas e hídricas de corpos de prova
compactados, e não na morfologia, da maneira como ocorre freqüentemente em pedologia ou
em ciência do solo.
Segundo Nogami & Villibor (1995), a miniaturização da aparelhagem utilizada, que
corresponde à redução para 1/3 das dimensões lineares dos corpos de prova utilizados no
procedimento tradicional, foi indispensável por motivos econômicos. Ainda segundo os
autores, escolheu-se o diâmetro de 50 mm para os corpos de prova e, adotou-se o
procedimento de compactação desenvolvido em Iowa, segundo sugestão do Prof. Carlos
Sousa Pinto.
Um dos passos mais importantes para o desenvolvimento de uma metodologia própria
para solos tropicais foi à introdução do Mini-CBR (Nogami, 1972), devido a sua importância
no projeto de pavimentos. Verificou-se porém, que esse ensaio por si só, não era suficiente
para a escolha dos melhores solos; assim, os ensaios de infiltrabilidade, permeabilidade,
contração, penetração da pintura betuminosa e Mini-CBR de campo, foram incorporados.
Apesar da miniaturização, o custo e a complexidade dos ensaios eram ainda
relativamente elevados para a fase de estudos preliminares, sendo adequada no entanto, para a
escolha definitiva de solos de granulação fina lateríticos destinados a bases de pavimentos de
baixo custo.
Para que o Mini-CBR e ensaios associados pudessem ser usados em estudos
geotécnicos preliminares apresentando custo comparável ao dos procedimentos tradicionais
baseados na determinação de LL, LP e Granulometria por peneiramento, houve necessidade
de uma drástica simplificação. De acordo com Nogami & Villibor (1995), isto só foi possível
com a adoção do novo método de compactação desenvolvido no Transport and Road
Research Laboratory (Parsons, 1976), conhecido como MCV (Moisture Condition Value).
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O procedimento MCV envolve a determinação do MCV adaptado para o uso de corpos
de prova de dimensões reduzidas, que será designado de Ensaio Mini-MCV. Este
procedimento caracteriza-se por utilizar:
a) Energia de Compactação variável: Para cada teor de umidade do corpo de prova,
aplica-se um número de golpes crescentes, até atingir uma massa específica aparente
máxima;
b) Compactador: Provido de soquete de seção plena que trabalha dentro de um molde
cilíndrico de 50 mm de diâmetro, com pesos variando de 2270 g a 1000g e alturas de
queda de 30,5 cm a 20 cm, no caso de adaptação para miniatura e sub-miniatura,
respectivamente (Figura 2.2).
Figura 2.2- Aparelho Compactador
(Nogami & Villibor, 1995).
A adaptação realizada conduziu a parâmetros similares aos de Parsons, designados, a’ e
b’; que não distinguiam os solos lateríticos dos sapróliticos. Daí a necessidade de introduzir
um novo coeficiente c’, obtido a partir do ensaio de Perda de Massa por Imersão e também, a
consideração da inclinação do ramo seco da curva de compactação, que corresponde ao
coeficiente d’.
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Um exemplo da determinação destes coeficientes é apresentada na Figura 2.3.
Figura 2.3- Gráficos representativos de resultados de ensaios
(Nogami & Villibor, 1995).
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Destaca-se ainda que, a adaptação não objetiva apenas a classificação do solo, pois, a
partir da sistemática de ensaios que envolvem o Mini-MCV e o ensaio de comportamento dos
corpos de prova a imersão em água, outros dados de importância são considerados, tais como:
-
Família de Curvas de Compactação, obtida com energia variável (da normal a
intermediária);
-
Relação entre o Mini-MCV e o Teor de Umidade, que permite determinar no campo o
teor de umidade de compactação;
-
Capacidade de Suporte, expressa em Mini-CBR, sem imersão dos corpos de prova e
com máxima densidade obtida para um determinado teor de umidade;
-
Classificação do solo
-
Ordem de grandeza da Permeabilidade do solo através da determinação do Mini-MCV
correspondente à exsudação, na ocasião da compactação dos corpos de prova;
-
Características de Expansibilidade e Coesão do solo compactado sob condição de
imersão total em água, com confinamento parcial.
Paralelamente ao desenvolvimento da metodologia MCT são estudados procedimentos
associados visando uma maior simplificação na obtenção dos parâmetros necessários, sendo
estes:
-
Identificação Expedita dos Grupos MCT pelo Método das Pastilhas: visa a correlação
do coeficiente c’ com a contração de corpos de prova, e, do índice e’ com a
consistência da pastilha previamente seca e posteriormente submetida à embebição em
água. Estes corpos de prova são moldados (não-compactados) em anéis de 20 mm de
diâmetro e 5 mm de altura, utilizando-se a fração de solo que passa na peneira 0,42
mm.
-
Penetrômetros: visa verificar a diferença entre as propriedades dos solos naturais “in
situ” e após a compactação.
-
Previsão de erosão: visa desenvolver uma série de procedimentos para previsão e
combate da erosão em cortes, saias de aterros e faixa marginal dos pavimentos
adaptados aos solos tropicais. Para tal considera-se as propriedades de infiltrabilidade
e perda de massa por imersão.
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Maiores detalhes sobre os itens acima citados, podem ser encontrados em Nogami &
Villibor, 1995.
2.4.1- Classificação Geotécnica MCT
A classificação geotécnica MCT para um determinado solo é realizada a partir do
gráfico, apresentado na Figura 2.4, onde se considera em abcissas o coeficiente c’, obtido no
ensaio de compactação e, em ordenadas, o índice e’ calculado pela Equação (2.1):
e’ = (Pi / 100 + d’ / 20)1/3
(2.1)
onde:
Pi = perda de massa por imersão;
d’ = inclinação do ramo seco da curva de compactação, correspondente à energia de 12
golpes, soquete tipo leve.
Para fins classificatórios é necessária a determinação dos parâmetros c’, d’ e e’, assim
sendo torna-se necessária uma breve descrição quanto a obtenção dos mesmos.
A compactação é realizada considerando teores de umidade e energias variáveis,
obtendo-se assim, uma família de curvas de compactação. Com os dados obtidos para uma
determinada umidade, plota-se uma curva de deformabilidade, considerando-se as diferenças
de altura do corpo de prova entre os golpes n e 4n. De acordo com Villibor et al. (1996), a
inclinação (coeficiente c’) das curvas de deformabilidade na compactação apresenta-se
variável com a granulometria dos solos, no entanto, como c’ não varia com a laterização,
tornou-se necessário o desenvolvimento do índice e’.
Estudos realizados por Barroso & Fabbri (1996) em solos artificiais, variando-se o tipo e
o teor da fração fina presente, demonstraram que o coeficiente c’ é ineficiente para expressar
o grau de argilosidade dos solos. De acordo com Nogami e Villibor (2000), em grande parte
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esta ineficiência decorre do uso da mesma série de golpes e do mesmo procedimento para
cálculo das deformações, utilizado originalmente por Parsons. Assim, os autores propõe o uso
de uma nova série de golpes e uma nova maneira de calcular as deformações dos corpos de
prova.
Maiores detalhes sobre a metodologia MCT e os procedimentos de ensaio, podem ser
encontrados em Nogami & Villibor (1981, 1995).
Para fins classificatórios, desenvolveu-se o gráfico apresentado na Figura 2.4. A linha
tracejada divide as áreas ocupadas pelos solos de comportamento laterítico (sigla L) dos nãolateríticos (sigla N). Cabe ressaltar que esse comportamento só se refere a solos compactados.
No entanto, através de correlação pode-se inferir muitas das propriedades dos solos em estado
natural.
Quanto aos solos saprolíticos, de comportamento pior do que o previsto pelos métodos
tradicionais, encaixam-se nesta classificação, sobretudo na classe NS’.
Ainda se tratando de classificação, observa-se na Figura 2.4 que, a classificação MCT
comporta 7 grupos distintos, onde constam as características texturais e mineralógicas dos
vários grupos de solos tropicais, bem como algumas de suas propriedades mecânicas e
hídricas. Estas propriedades correspondem à compactação realizada no teor de umidade ótimo
e massa específica aparente seca máxima, correspondentes ao Mini-Proctor.
De acordo com Nogami e Villibor (1985) tem sido constatadas diferenças no grau de
confiabilidade de previsão das propriedades nos diversos grupos da classificação. No que se
refere à capacidade de suporte Mini-CBR, obteve-se maior confiabilidade nos solos de
comportamento laterítico, tanto na condição não imersa como imersa, sob condições
padronizadas. Já para os solos NS’ (Solos Siltosos Não Lateríticos) foram constatadas grandes
dispersões, em termos de capacidade de suporte, sobretudo se forem considerados tipos
mineralógicos e texturais extremos, tais como solos saprolíticos constituídos essencialmente
de silte caulinítico ou de silte sericítico.
Verificou-se que, a classificação MCT não se relaciona de forma simples com os grupos
de classificação AASHO, podendo, por exemplo, um solo A-7 corresponder tanto a argilas
lateríticas do grupo LG’, de excelente comportamento, ou as argilas expansivas do grupo NG’
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ou, ainda, a siltes micáceos saprolíticos do grupo NS’, que incluem os piores solos que se
conhecem.
Figura 2.4- Gráfico da classificação MCT e dados diversos dos grupos de solos
(Nogami & Villibor, 1995).
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2.5- ENSAIOS DE LABORATÓRIO E DE CAMPO
Neste subitem apresenta-se os ensaios de laboratório convencionais, os característicos
da metodologia MCT, a técnica do papel filtro (para medição da sucção), o mini-CBR, o cone
adaptado para laboratório e ainda o ensaio de campo denominado DCP (Penetrômetro
Dinâmico de Cone).
2.5.1- ENSAIOS DE LABORATÓRIO
2.5.1.1- Convencionais
Estes ensaios de laboratório têm como finalidade à caracterização, classificação,
compactação e determinação da capacidade de suporte dos materiais. Todos os ensaios fazem
uso de amostras deformadas e, suas respectivas metodologias são definidas por normas da
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Os ensaios convencionais mais usados
são:
-
Análise Granulométrica: NBR – 7181 (ABNT, 1984a);
-
Determinação da massa específica aparente de amostras indeformadas, com emprego
da balança hidrostática: MB – 2887 (ABNT, 1988);
-
Limite de Plasticidade: NBR – 7180 (ABNT, 1981);
-
Limite de Liquidez: NBR – 6459 (ABNT, 1984b);
-
Ensaio de Compactação: NBR – 7182 (ABNT, 1986a);
-
Expansão e Índice de Suporte Califórnia: NBR – 9895 (ABNT, 1987).
Os ensaios de granulometria e limites de Atterberg, fornecem os parâmetros necessários
para efetuar-se a classificação dos solos, de acordo com as classificações tradicionais adotadas
(AASHO e SUCS).
Dentre elas, a da AASHO é mais utilizada para fins de pavimentação.
As Tabelas 2.1 e 2.2 fornecem uma visão geral do procedimento de classificação.
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Tabela 2.1- Classificação AASHTO (DNER, 1996)
MATERIAIS GRANULARES
35% (ou menos) passando na peneira no 200
CLASSIFICAÇÃO GERAL
CLASSIFICAÇÃO
DOS
GRUPOS
Granulometria - % passando
na peneira
No 10
No 40
No 200
Características da fração
passando na peneira No 40
Limite de Liquidez
A-1
A -1 - A
A-3
A-1-B
MATERIAIS SILTO-ARGILOSOS
Mais de 35% passando na peneira no 200
A-7
A-4
A -5
A-6 A-7-5
A-7-6
A-2
A - 2 -4 A - 2 - 5 A - 2 - 6 A - 2 - 7
50 max
30 max 30 max 51 min
15 max 25 max 10 max 35 max 35 max
40 max
41 min
35 max 35 max 36 min
36 min
36 min
36 min
40 max 41 min 40 max
41 min
40 max 41 min
Índice de Plasticidade
Índice de Grupo
6 max 6 max
NP 10 max 10 max 11 min 11 min 10 max
10 max
11 min 11 min *
0
0
0
0
0
4 max 4 max 8 max
12 max
16 max 20 max
Fragmentos de pedra,
Pedregulho ou areias siltosas ou
Materiais Constituintes
Solos siltosos
Solos Argilosos
pedregulho fino e areia
argilosas
Comportamento como subleito
Excelente a bom
Sofrível a mau
* O IP do grupo A - 7 - 5 é igual ou menor do que o LL menos 30
Tabela 2.2- Classificação SUCS (DNER, 1996)
Pedregulhos:
50% ou mais
da fração graúda
retida na peneira n04
GW
Pedregulho
sem
finos
GP
Pedregulho GM
com finos
GC
SOLOS DE GRADUAÇÃO
GROSSA:
mais de 50% retido na peneira
n0 200
Areias sem SW
finos
Areias: mais de 50% da fração
graúda passando na peneira n04
SP
Areias com SM
finos
SC
ML
SOLOS DE GRADUAÇÃO
FINA:
50% ou mais passando na peneira
SILTES e ARGILAS
com
LL < 50
CL
OL
n0 200
SILTES e ARGILAS
com
LL > 50
Solos Altamente Orgânicos
Pedregulhos bem graduados ou
misturas de areia e ped.
com pouco ou nenhum fino.
Pedregulhos mau graduados ou
misturas de areia e ped.
com pouco ou nenhum fino.
Pedregulhos siltosos ou misturas
de ped. areia e silte
Pedregulhos argilosos, ou mistura
de ped. areia e argila
Areias bem graduadas ou areias
pedregulhosas, com pouco ou
nenhum fino.
Areias mal graduadas ou areias
pedregulhosas, com pouco ou
nenhum fino.
Areias siltosas- Misturas de areia
e silte.
Areias argilosas- Misturas de areia
e argila.
Siltes inorgânicos- Areias muito finas
Areias finas siltosas e argilosas
Argilas inorgânicas de baixa a média
plasticidade. Argilas pedregulhosas,
arenosas e siltosas
Siltes orgânicos- Argilas siltosas
orgânicas de baixa plasticidade
MH Siltes- Areias finas ou siltes micáceos
Siltes elásticos
CH Argilas inorgânicas de alta platicidade
OH Argilas orgânicas de alta e média
plasticidade
PT Turfas e outros solos altamente orgânicos
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O procedimento de ensaio da balança hidrostática visa a determinação da massa
específica aparente de amostras indeformadas, podendo ser usada também em amostras
compactadas. Apartir do valor de massa especifica determinada pelo método, obtêm-se o
valor de índice de vazios (e) relativo a uma determinada amostra de solo.
O ensaio de Compactação visa a determinação do teor de umidade ótimo (wót) e da
massa específica aparente seca máxima dos solos (d máx).
No ensaio de Expansão e índice de Suporte Califórnia (ISC) faz-se uso dos mesmos
corpos de prova obtidos durante o ensaio de compactação. A medida da expansão é
determinada com o auxílio de extensômetros (colocados na parte superior de cada molde),
após um período de 4 (quatro) dias em imersão.
Decorrido este período de imersão, retira-se os corpos de prova da água e realiza-se o ensaio
denominado CBR. O CBR determina a resistência à penetração (por um pistão padronizado)
do solo compactado.
2.5.1.2- Ensaios da Metodologia MCT
Os ensaios que compõe a metodologia MCT são realizados em corpos de prova de
dimensões reduzidas (5 cm de diâmetro e cerca de 5 cm de altura), sendo representados por:
-
Mini-Compactação: DNER-ME 228/94;
-
Capacidade de Suporte (Mini-CBR): DNER-ME 254/94;
-
Contração;
-
Infiltrabilidade;
-
Permeabilidade;
-
Perda de Massa por Imersão: DNER-ME 256/94;
-
Penetração da Imprimadura;
-
Controle da Compactação.
Um resumo destes ensaios é mostrado na Figura 2.5.
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Figura 2.5- Ensaios da Classificação MCT
29
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Figura 2.5- Ensaios da Classificação MCT
(Nogami & Villibor, 1995).
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2.5.1.3 - A Técnica do Papel Filtro
A técnica do papel filtro baseia-se no principio de absorção e equilíbrio, que ocorre
quando um material poroso, apresentando deficiência de umidade, é posto em contato com um
papel filtro, cujo teor de umidade é menor. O papel passa a absorver uma certa quantidade de
água do solo até que o sistema entre em equilíbrio de sucção. Tendo-se a relação entre sucção
e umidade do material poroso, isto é, a calibração, a sucção do solo pode ser obtida referindose à curva de calibração. Destaca-se ainda que, o estado de equilíbrio fornece sucções iguais,
tanto no material poroso quanto no solo, porém umidades diferentes.
O fluxo de água pode ocorrer de duas formas: Fluxo de vapor ou Fluxo Capilar (Figura
2.6).
Figura 2.6- Formas de Fluxo de água
(Marinho, 1994)
Quando se fala de fluxo de vapor, as moléculas de água vencem as forças capilares e as
osmóticas para escapar da água de poro. O espaço deixado entre o solo e o papel fornece uma
barreira para os sais, permitindo apenas o fluxo de vapor de água (água pura).Neste caso
obtêm-se a sucção total. Tratando-se do fluxo capilar, ocorre uma interação entre o papel
filtro e a água do poro, resultando na medição da sucção matricial.
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Segundo Marinho (1994), o primeiro a fazer uso deste fenômeno da absorção como
instrumento de medição de sucção foi Shull (1916), utilizando sementes selecionadas como
material absorvente de umidade. Posteriormente Hansen (1926) fez uso do papel filtro
saturado com uma solução de açúcar, cuja pressão de vapor era previamente conhecida.
Porém, o primeiro a utilizar o papel filtro sem saturação prévia, conforme realizado
atualmente, foi Gardner em 1937.
Normalmente o papel filtro “quantitativo”, tipo 2 é empregado. Os mais usados sendo:
Whatman n 42 ou Schleicher & Schuell n 589. Fawcett and Collis-George, (1967);
MacQueen and Miller, (1968) e Chandler and Gutierrez, (1986), citados por Marinho (1994),
o papel filtro deve ser usado diretamente da caixa (isto é, seco ao ar) (e.g.), no entanto, a
norma americana ASTM-D5298-92 sugere que o papel filtro seja seco em estufa por no
mínimo 16 horas antes de sua utilização. Tal procedimento pode afetar as características de
absorção do papel, o que resultaria na alteração da curva de calibração.
O procedimento de calibração consiste em permitir que o papel filtro atinja o estado de
equilíbrio com uma sucção conhecida, posteriormente sendo pesado e seco em estufa
(normalmente 2 horas de secagem a 105C). A umidade é então obtida e relacionada com a
sucção gerada.
Existem vários técnicas para se gerar sucção com o intuito de calibração do papel,
podendo-se citar: Placa de sucção (0 – 1 atm), amostras de campo (0 – 2 atm), amostras
oedométricas (0,1 Mpa – 2 MPa), placas de pressão (0 – 1,5 MPa) e dessecador (0,5 MPa – 30
MPa). Cada uma destas técnicas para geração de sucção depende do nível de sucção desejado.
Deve-se observar certos cuidados para uma adequada medição de sucção, que consistem
basicamente em evitar-se perda significativa de umidade. Esta perda sendo mais rápida quanto
mais alta se apresenta à umidade.
Observa-se então que, dentre os vários métodos para se determinar à sucção dos solos, o
Papel Filtro é um método indireto, onde a sucção é obtida através de uma curva de calibração,
que relaciona sucção com a umidade do Papel Filtro.
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De acordo com Marinho (1994), a norma americana (ASTM – D5298-92) recomenda as
Equações (2.2) e (2.3), visando descrever as curvas de calibração para o papel Schleicher &
Schuell n 589:
Para umidades do papel filtro (w) > 54% :
Sucção (kPa) = 10 (1,882-0,01202*w)
(2.2)
Para umidades do papel filtro (w)  54% :
Sucção (kPa) = 10 (5,056-0,0688*w)
(2.3)
De acordo com Marinho (1995), quanto ao papel filtro Whatman n 42, Chandler et al.
(1992) apresentam as Equações (2.4) e (2.5) representando as curvas de calibração (Figura
2.7).
Para umidades do papel filtro (w) > 47% :
Sucção (kPa) = 10 (6,05-2,48*logw)
(2.4)
Para umidades do papel filtro (w)  47% :
Sucção (kPa) = 10 (4,84-0,0622*w)
(2.5)
Ainda segundo Marinho (1995), a ASTM D5298-92 recomenda as Equações (2.6) e
(2.7), segundo análises feitas por Greace et al. (1987), para o papel filtro Whatman n 42.
Para umidades do papel filtro (w)  54% :
Sucção (kPa) = 10 (2,412-0,0135*w)
(2.6)
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Para umidades do papel filtro (w)  54% :
Sucção (kPa) = 10 (5,327-0,0779*w)
(2.7)
Faw cet and Collis-George (1967)
Hamblin (1981) - batch -2
Chandler et al. (1992)
Whatm an n.42
Hamblin (1981) - batch -1
Chandler and Gultierrez (1986)
Greacen et al. (1987)
1000000
Sucção (kPa)
100000
10000
1000
100
10
1
0
20
40
60
80
100
120
140
Um idade do Papel Filtro (%)
Figura 2.7 – Curvas de Calibração para o Papel Filtro Whatman n0 42
(Marinho, 1995).
Geralmente utiliza-se as equações apresentadas por Chandler et al. (1992), quando se
trata do papel filtro Whatman n 42, pois nestas foram considerados um maior número de
pontos.
Para o papel filtro em contato com o solo, Greacen et al. (1987) observaram que, grande
parte da água é absorvida nos primeiros minutos e, a partir daí, lentamente absorvida até
atingir o equilíbrio em aproximadamente 7 dias. No caso de medição da sucção total,
McQueen e Miller (1968) observaram que quanto mais baixo o valor da sucção, maior o
tempo de equilíbrio.
Marinho (1994) realizou testes onde o papel filtro Whatman n 42 foi deixado equilibrar
sobre diferentes soluções salinas e água pura, em ambiente fechado e protegido de variações
de temperatura. O autor verificou um aumento da umidade do papel com o tempo de
equilíbrio considerado, assim como, a influência da distância entre o papel filtro e a fonte de
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vapor. Os resultados comprovaram que a curva de calibração apresentada por Chandler e
Gutierrez (1986), pode ser utilizada para a obtenção da sucção total e matricial, desde que o
tempo de equilíbrio (Tabela 2.3) seja adequado.
Tabela 2.3 – Tempo de equilíbrio para a medição de sucção total
(Marinho, 1994).
Nível de Sucção Total (kPa)
Tempo de Equilíbrio sugerido
0 - 100
Não determinado, mas certamente maior que 30 dias
100 - 250
30 dias
250 - 1000
15 dias
1000 - 30000
7 dias
2.5.1.4- Mini-CBR
O ensaio Mini-CBR foi desenvolvido na Iowa State University (Lafleur et al, 1960), no
entanto, o valor obtido foi designado por IBV (Iowa Bearing Value) (Nogami & Villibor,
1995). Caracteriza-se por utilizar corpos de prova de dimensões reduzidas, com 50 mm de
diâmetro e pistão de penetração de 16 mm de diâmetro.
Adaptações foram efetuadas por Nogami (1972), neste método de ensaio de Iowa, de
forma a poder correlacionar seus resultados, com o CBR obtido pela norma NBR 9895. Esta
adaptação objetivou a minoração da precariedade das previsões de suporte baseadas nas
propriedades índices dos solos (granulometria e limites de Atterberg).
Verificou-se que, a miniaturização permitia aproveitar os corpos de prova de modo a
determinar também outras propriedades, tais como: infiltrabilidade, permeabilidade, dentre
outros.
Este ensaio permite uma grande flexibilidade nas variáveis que influenciam o valor do
suporte, podendo-se determinar a capacidade de suporte com e sem imersão em água, com
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vários tipos de sobrecarga, vários teores de umidade e energias de compactação e com lâmina
d’água na ocasião de penetração do pistão. Considerando-se estas variáveis, tornou-se
possível se caracterizar de forma mais exata, além de mais econômica e prática, as
peculiaridades características dos solos tropicas.
Quanto à execução do Mini-CBR, usa-se uma carga padrão menor que a estabelecida no
ensaio de CBR tradicional, o que se deve as menores dimensões do pistão de penetração. As
cargas correspondem então, a 1/3 das penetrações, isto é, 0,84 e 1,7 mm. No que se refere à
obtenção da expansão, o procedimento é semelhante ao tradicional, diferindo apenas quanto
ao intervalo de tempo em imersão (no caso, 20 horas).
2.5.1.5- Penetrômetro Dinâmico de Cone (DCP) adaptado
O Penetrômetro Dinâmico de Cone (DCP) adaptado para laboratório apresenta função
semelhante ao utilizado em campo, ou seja, a determinação da capacidade de suporte do solo.
Como o DCP é basicamente usado para medição da resistência à penetração, observouse que o tamanho da ponta de cone deveria ser correlacionado com o tamanho médio dos
grãos do material penetrado. Podendo-se verificar como, o número de grãos em contato com a
face do cone e conseqüentemente, o deslocamento dos grãos mediante o avanço do cone no
material, influi na superfície de ruptura e portanto, na resistência a penetração.
Destaca-se, no entanto que, a adaptação do equipamento determina a penetração da ponta
cônica sob uma determinada velocidade de penetração, diferentemente da penetração sob
impacto ocorrida em campo.
No desenvolvimento desta pesquisa pretende-se a obtenção de uma correlação entre os
resultados de penetração, obtidos com o DCP adaptado e o valor do Mini-CBR.
Um maior detalhamento referente ao procedimento de execução do ensaio,
equipamentos utilizados, determinação de parâmetros e correlações, constam nos Capítulos 3
e 4.
A Figura 2.8 mostra o equipamento citado.
36
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Figura 2.8- Cone Adaptado para laboratório
2.5.2- ENSAIOS DE CAMPO
2.5.2.1- Penetrômetro Dinâmico de Cone (DCP)
O Penetrômetro Dinâmico de Cone (DCP) é usado para caracterizar a capacidade de
suporte do solo em seu estado natural ou compactado, através do processo de penetração
dinâmica.
Este equipamento vêm sendo utilizado à muito tempo por vários países, pois representa
uma forma econômica de estudo das camadas do pavimento e do subleito, caracterizando-se
como um ensaio “semi não-destrutivo”. Além de suas óbvias vantagens econômicas foi
também implantado devido a seu baixo coeficiente de variação em relação ao ensaio CBR.
Segundo Nogami e Villibor (1995), a faixa de trabalho deste aparelho é bastante ampla,
desde solos moles ou pouco consistentes, até camadas de bases, correspondentes a bases de
brita graduada ou pedregulho.
Visando sua maior utilização é necessário que se estabeleçam correlações apropriadas
para as condições pedogenéticas de formação dos solos, principalmente no que diz respeito ao
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Brasil.Tendo em vista a determinação destas correlações, este aparelho tem sido estudado,
pela Escola de Engenharia de São Carlos, da USP (Rohm e Nogueira, 1990), pelo DER-PR
(Heyn, 1986) e pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA (Oliveira e Vermatti, 1997).
O tipo de equipamento (Figura 2.9), geralmente utilizado no Brasil, consiste de uma
barra de aço de 16 mm de diâmetro, que possui fixado em sua extremidade, um cone de aço
de 60. O cone e a barra são introduzidos no solo através do impacto de um martelo de aço
pesando 8 kg, que desliza por uma barra de aço de 25 mm de diâmetro, com uma altura de
queda de 575 mm. Portanto, não há necessidade de abertura de um furo.
Posteriormente, mede-se, com uma régua, o comprimento em milímetros que a lança penetra
no solo, para um determinado número de golpes.
Finalizado o ensaio, realiza-se a plotagem da curva do DCP, que consiste na
representação do número de golpes acumulado para a penetração do equipamento com a
profundidade. A inclinação desta curva caracteriza a resistência, sendo tanto menos inclinada
quanto mais resistente for o material. Esta inclinação representa então, o parâmetro índice de
penetração (DN) em mm/golpe, ou seja, a razão entre profundidade e número de golpes
necessários para penetrar até a respectiva profundidade.
A obtenção deste índice (DN) é necessária, pois atualmente trabalha-se considerando
correlações DN x CBR, segundo verifica-se em Heyn, (1986), Cardoso & Trichês, (1998),
Vermatti & Oliveira, (1998).
Outros parâmetros também são usados na tentativa de correlação com o índice DN,
tais como, módulo elástico de solos de sub-base, módulos elásticos retro-analisados de testes
com FWD (Falling Weight Deflectometer), módulos teóricos, resistência ao cisalhamento e
outros (Konrad & Lachance, 2001).
Maiores detalhes sobre este método de ensaio, podem ser encontrados em Cardoso &
Trichês (2000).
Um exemplo da obtenção do índice DN é mostrado na Figura 2.10.
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Figura 2.9- Penetrômetro Dinâmico de Cone (DCP)
(Cardoso & Trichês, 2000).
Número de golpes
0
5
10
15
20
25
30
35
0
100
DN = 15 mm/golpes
Profundidade (mm)
200
300
400
500
DN= 50 mm/golpes
600
700
800
900
DN= 8,0 mm/golpe
Figura 2.10- Exemplificação da obtenção do DN
(Cardoso & Trichês, 2000).
Apenas a título de esclarecimento, na Figura 2.10, ocorrem mudanças de inclinação das
retas, o que é resultado ou da alteração da resistência do material, devido, por exemplo, à
alteração no seu teor de umidade ou na sua massa específica aparente, ou ainda, uma mudança
do tipo de material da camada.
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2.6- SUCÇÃO
O conceito de sucção do solo representa um dos principais parâmetros que refletem o
comportamento mecânico do solo. O sistema solo-água pode ser expresso como função de
relações entre teor de umidade e sucção. É essencial salientar que este sistema varia em
função do teor de umidade, da mineralogia, solutos presentes na água entre os poros e da
estrutura dos solos (Edil & Motan, 1979).
Elliot et al. (1988) verificaram que, os principais fatores que afetam o teor de umidade
em campo são: drenabilidade, condutividade hidráulica, tipo de solo, geometria da estrada,
topografia, profundidade do lençol freático, precipitação e a temperatura.
Segundo Ceratti et al. (1996) como os solos têm seus poros preenchidos parcialmente
por água, devido às variações ambientais constantes nos países tropicais, a pressão de água
nos mesmos será menor que a pressão atmosférica, portanto negativa. Logo, a redução da
água livre no solo (secagem) resultaria em um aumento na pressão negativa, até valores
superiores a 10 MPa. Esta pressão negativa é definida como sucção ou energia livre da água e,
apresenta-se como função da temperatura, umidade relativa, pressão de vapor dentre outros
fatores.
Ainda segundo os autores, a quantidade de energia ou sucção requerida para remover
água de um solo depende do tamanho do poro e da tensão superficial entre as partículas de
solo e das moléculas de água. Assumindo-se que a tensão superficial seja constante, a sucção
requerida para remover a água dependerá apenas da estrutura do solo. Em alguns casos, a
estrutura do solo constitui-se de arranjos irregulares de partículas de solo com diferentes
tamanhos de poros. Nos solos argilosos (poros menores) a sucção para iniciar a remoção
d’água nos poros será maior que para os solos arenosos (poros maiores). Observa-se então
que, a distribuição de tamanho de poro é um dado muito usado para avaliar algumas
características comportamentais dos solos (Tuncer, 1988; Prapaharan et al., 1991), podendo
ser determinado através do porosímetro de intrusão de mercúrio, apenas nos estados, saturado
e seco.
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Alonso (1985), citado por Núnez et al (1996), sugere que apenas duas componentes
devem ser consideradas para definir a sucção total (St) de um solo não saturado: a sucção
matricial (Sm) e a osmótica (So). A sucção matricial representando a diferença entre a pressão
do ar e a pressão de água (ua-u w), e, sendo originada pelos fenômenos de tensão superficial.
Ou seja, a sucção matricial pode ser definida como a pressão de água negativa, desenvolvida
na água do solo devido à capilaridade (predominante em solos arenosos) e as forças de
adsorção (associado a solos argilosos), e, sendo dependente da configuração e disposição das
partículas. A sucção osmótica por sua vez, encontra-se associada à ocorrência de diferenças
de concentração de solutos no solo.
Edil & Motan (1979) verificaram que, o potencial mátrico do solo é afetado tanto pelo
tamanho e o número de poros, quanto pelas forças de adsorção associadas às superfícies das
partículas. Tal afirmação concordando com o observado por Alonso (1985).
Existe um grande número de procedimentos para medir a sucção em laboratório e “in
situ”, citando-se o método do papel filtro e tensiômetros respectivamente.
Utilizando ensaios de sucção controlada, encontra-se na literatura, relações lineares
associando a resistência ao cisalhamento e a sucção, assim como, relações entre a coesão e a
sucção. Tal fato ocorrendo devido ao comportamento mecânico do solo depender tanto do
estado físico, tamanho e forma dos poros, quanto do físico-químico, interação mineral água,
no sistema solo-água.
Fredlund et al (1978), considerando a água contida nos poros como quimicamente
inerte, formularam uma equação para a resistência ao cisalhamento dos solos não saturados
(Equação (2.8)).
 = c’ + ( - ua)tg’ + (ua – uw) tan b
(2.8)
onde:
c’ = coesão efetiva do solo no estado saturado
’ = ângulo de atrito interno relativo às variações no termo ( - ua), quando (ua – uw) é
mantido constante;
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b = ângulo de atrito interno relativo às variações no termo (ua - uw), quando ( - ua) é
mantido constante;
( - ua) = tensão normal;
u a = pressão no ar existente nos poros;
u w = pressão na água existente nos vazios do solo.
Portanto, a coesão nos solos não saturados teria duas componentes:
c = c’+ (ua-u w)tgb , onde o segundo termo é a parcela da resistência ao cisalhamento devido
a sucção matricial.
Além da relação resistência ao cisalhamento x sucção, também têm sido realizados
trabalhos relacionados com a influência da sucção no módulo resiliente. Wood (1982),
Fredlund et al. (1975), Phillip (1994), Phillip & Cameron (1995) et al., citados por Ceratti et
al. (1996), Mohammad et al. (1995), dentre outros; comprovaram que, as variações ambientais
(secagem e umedecimento) influenciam o comportamento mecânico de resistência ao
cisalhamento e de compressibilidade dos solos. Estas alterações resultam em variações de
umidade no solo do subleito do pavimento e produzem deformações irreversíveis e ou
reversíveis nos materiais do pavimento. Podendo também afetar a caracterização da
deformabilidade elástica dos materiais no ensaio de determinação do módulo de resiliência.
Ou seja, as alterações ambientais provocam alterações no módulo de resiliência, além
daquelas relacionadas ao estado de tensões.
Estudos realizados indicaram uma relação não linear entre o módulo de resiliência e teor
de umidade, mostrando também que, um incremento no teor de umidade resulta em uma
diminuição no módulo de resiliência (Fredlund et al., 1975; Li e Selig, 1994 e Jin et al.,
1994). Edil & Motan (1979) observaram, através de numerosos estudos em campo, que a
performance do pavimento é controlada pela magnitude da deformação resiliente, ocasionada
pela ciclagem – secagem, umedecimento. Esta deformação sendo responsável, por sua vez,
pela ruptura por fadiga em superfícies de concreto asfáltico.
Pode-se destacar algumas conseqüências resultantes desta variação ambiental, tais
como: saturação devido à inundação das camadas de solo que, resulta no desenvolvimento do
processo de erosão da sub-base, trincas de contração em solos plásticos desenvolvidas em
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períodos extremamente secos. No caso do desenvolvimento de trincas em período chuvoso, o
solo sofre saturação e, conseqüentemente diminui sua capacidade de resistência.
Fredlund et al. (1975), Fredlund & Bergan et al. (1977), comprovaram esta observação,
através da execução de ensaios triaxiais de cargas repetidas em conjunto com a curva
característica de teor de umidade versus sucção. Os autores definiram uma relação para o
módulo de resiliência (através de uma análise de estado de tensões), que é função de três
variáveis: tensão de confinamento (3 – ua), tensão desvio (1-3) e sucção (ua-uw).
Segundo Walsh & Houston (1997) em regiões onde os solos estão sempre cimentados,
as mudanças no regime subterrâneo e superficial das águas, que se originam da urbanização,
representam a fonte da grande maioria dos problemas geotécnicos. Observa-se então, a
importância de se determinar à sucção nos solos não saturados, pois esta influi diretamente no
comportamento mecânico dos materiais e, conseqüentemente, no dimensionamento e na vida
útil dos pavimentos. Cabe ressaltar que nos estudos realizados pelos autores, a sucção
representou o parâmetro de maior influência na resistência dos solos, e, a cimentação química
apresentou-se como parâmetro de pouca influência.
Camapum de Carvalho et al. (2000), também destaca a importância de se avaliar a
influência da sucção no comportamento desses solos. Segundo os autores, a elevada
porosidade dos solos do DF aliada a baixa capacidade de retenção de água dos minerais nele
presentes faz com que as variações de teor de umidade em uma dada profundidade sejam
importantes ao longo do ano. De acordo com Walsh & Houston (1997), o interesse na
determinação da sucção consiste basicamente em se determinar o impacto das variações de
umidade (saturação ou redução de pressão negativa e da secagem) na resistência dos solos, já
que em solos não saturados esta resistência é controlada pela tensão normal e a sucção
matricial (Fredlund & Rahardjo, 1993).
43
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2.7- CURVA CARACTERÍSTICA
De acordo com Fredlund & Rahardjo (1993) a curva característica representa a variação
da sucção com a umidade ou grau de saturação. Cada tipo de solo (areia, argila ou silte)
apresenta uma única curva característica devido a sua estrutura (Ceratti et al., 1996). Esta
curva é uma propriedade do solo que determina a quantidade de água que um solo pode
perder ou ganhar, através do parâmetro sucção. Na Figura 2.11 observa-se um exemplo da
mesma.
Figura 2.11- Exemplificação de Curvas Características
(a) Distribuição de Poros Homogênea
(b) Distribuição de Poros Bimodal
(Modificado- Camapum de Carvalho & Leroueil, 2000).
Edil e Motan (1979) observam que, a estrutura do solo influência fortemente a
distribuição de tamanho de poros e, conseqüentemente a forma da curva característica,
especialmente quando se têm valores de sucção baixos. Verifica-se então a observação de
Ceratti et al (1996). Ainda segundo os autores, obtêm-se diferentes formas de curvas
características considerando amostras compactadas na umidade ótima, amostras no ramo seco
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e no ramo úmido da curva de compactação. Os autores observaram ainda que, mesmo para
altos valores de sucção as curvas não apresentam aproximação. Tal fenômeno ocorrendo
devido à influência dominante das características da estrutura inicial (tamanho e forma dos
poros) do solo na curva, em detrimento das forças superficiais de adsorção.
Os solos tropicais e os solos argilosos compactados no ramo seco fazem parte do grupo
de solos que possui uma distribuição de poros não homogênea considerada como bimodal
(Figura 2.11). Uma distribuição de poros mais homogênea pode ser gerada a partir de um
processo de compactação no ramo úmido, considerando a quebra das agregações existentes
nos solos tropicais (Rezende, 1999). Destacando-se que, este tipo de solo pode ter suas
agregações naturais preservadas durante a compactação e assim, a distribuição bimodal de
poros pode persistir. No entanto, no que se refere a solos naturais, a distribuição de poros
depende da gênese e das alterações sofridas ao longo do tempo (Camapum de Carvalho &
Lerouil, 2000).
Observa-se então, a importância da distribuição de poros e do índice de vazios na
definição das curvas características, sendo que outros fatores, tais como orientação das
partículas e variação iônica, também podem modificar a forma destas curvas, uma vez que, a
interação entre as partículas e as forças de ligação e de retenção de água, podem ser alteradas
(Camapum de Carvalho e Lerouil, 2000).
Segundo Marinho & Pinto (1997), a curva característica pode ilustrar como o
decréscimo no volume de água pode ser relacionado ao tamanho do poro. Sendo assim, a
determinação do tamanho dos poros é essencial, pois afeta diretamente parâmetros de
engenharia, como por exemplo, no caso dos solos colapsíveis característicos da região do
Distrito Federal. Ainda segundo os autores, na literatura encontram-se dois modelos, Brooks
& Corey (1990) e Fredlund & Xing (1994), que visam correlacionar a sucção com o
coeficiente de permeabilidade dos solos.
Estes modelos, por sua vez, têm por finalidade a obtenção da distribuição de poros
presente no solo (Marinho & Pinto, (1997)). Cabe ressaltar que, os dois modelos utilizam-se
da curva característica do solo como base de derivação. Pode-se também, correlacionar
mudanças na distribuição de tamanho de poro com mudanças no peso específico compactado,
resistência e rigidez. Observa-se, no entanto que, a distribuição é mais dependente do teor de
umidade de compactação (Ahmed et al., (1974)).
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Definida a curva característica do solo é possível correlaciona-la com outras
propriedades físicas, tais como: permeabilidade, resistência ao cisalhamento e módulo de
resiliência (Fredlund, 1996).
Existe uma equação que mostra uma relação direta entre a sucção e a distribuição de
poros e, há um estudo detalhado a respeito da influência da compactação na distribuição de
poros (Watabe et al., 2000; citado por Camapum de Carvalho & Lerouil, 2000). Na literatura
há várias equações propostas para representar a forma das curvas características dos solos,
sendo que a grande maioria adota funções logarítmicas ou exponenciais.
Segundo Ceratti et al. (1996), a partir da determinação da curva característica do solo, é
possível relacionar o módulo de resiliência e a sucção, além de obter outras propriedades
mecânicas deste material. Esta curva permite prever a magnitude de variação do módulo de
resiliência devido a alterações ambientais. Ou seja, a curva característica é usada para refletir
a susceptibilidade dos solos compactados a mudanças de umidade (Edil & Motan (1976)).
Baseando-se na importância da determinação da curva característica em termos de
análise do comportamento mecânico dos solos, torna-se importante à identificação dos pontos
básicos por ela representados. Sendo assim, a Figura 2.12 apresenta três curvas características
representativas do perfil em estudo, apresentando-se estes pontos básicos. Destaca-se ainda
que, Guimarães (2002) descreve em detalhes cada um destes pontos.
Assim, de acordo com a Figura 2.12 observa-se que, geralmente até a entrada de ar nos
macroporos o solo apresenta, devido ao aumento da sucção, certa redução do índice de vazios
até atingir o limite de retração que o caracteriza. Esta retração dos macroporos pode ser
avaliada pela inclinação do trecho da curva compreendido entre (pF=0, Sr=100%) e a entrada
de ar nos macroporos, sendo trechos mais verticais correspondentes a uma menor retração.
Segundo Camapum de Carvalho e Pereira (2001), em solos pré-adensados, ou
cimentados, a influência da sucção no comportamento mecânico, até que se atinja a pressão
de entrada de ar é quase desprezível, uma vez que a estrutura do solo é capaz de suportar o
acréscimo de tensão capilar que ocorre por variação do raio do menisco no contorno do
volume do solo. Assim, no caso de solos tropicais, à variação do índice de vazios neste trecho
de retração seria pequeno.
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6.0
100000
pF residual
Entrada de ar dos microporos
(pF EA MI)
5.0
10000
Curva C
4.0
1000
Curva B
inclinação 
3.0
100
Sucção (kPa)
Sucção (pF)
Curva D
Entrada de ar dos
macroporos (pF EAMA)
2.0
10
Término de entrada de ar
nos macr oporos (pFB0)
Curva A
1.0
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
1
100.0
Sr (%)
1m
2m
3m
Ajuste inicial
Figura 2.12- Curvas características representativas do perfil de solo.
(Amostras Indeformadas – Trajetória de Umedecimento)
Guimarães, (2002).
2.7.1- Curva Característica Transformada
A quase totalidade dos estudos sobre solos não saturados ou se prende a análise da
curva característica ou consiste em estudos específicos dos comportamentos hidráulico ou
mecânico fundamentados em número limitado de ensaios a sucção controlada ou com medida
de sucção. A determinação da curva característica implica em um procedimento simples, no
entanto, não há ligação direta entre ela e o estado e comportamento do solo, o que tem
reduzido sua importância prática. Assim, visando integrar os aspectos físico e químico,
Camapum de Carvalho & Lerouil (2000), desenvolveram um método que simplifica o estudo
e a análise do comportamento dos solos não saturados a partir da definição da curva
característica do solo transformada em relação ao índice de vazios.
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Para um dado solo têm-se curvas características (pF x Sr) variando com o índice de
vazios; pois quanto menor o índice de vazios, maior será a sucção para um mesmo grau de
saturação. Portanto, ao solicitar-se em solo ocorre redução de índice de vazios e, conseqüente
mudança de curva característica.
Sendo assim, a transformação da curva característica é realizada multiplicando-se a
sucção (pF) pelo índice de vazios (e). A partir da Equação (2.9) obtêm-se uma curva
característica única (Equação (2.10)), representativa de diferentes índices de vazios para a
mesma distribuição de poros.
pFi = a i Sri + bi
(2.9)
e * pF = a n Sr + bk
(2.10)
Nas equações (2.9) e (2.10), ai estabelece a alteração de pFi (logaritmo da sucção em
centímetros de coluna de água) em função das variações do grau de saturação (Sri), bi
corresponde à pressão de entrada de ar para um dado índice de vazios (e), an é igual ao
produto de (e) por ai e b k corresponde à pressão de entrada de ar multiplicada por (e).
Ao aplicar-se a transformação, a curva apresentada pela Equação (2.10) torna-se única,
para um dado solo, independentemente do índice de vazios, como mostra a Figura 2.12.
Figura 2.13- Curva Característica e Curva Característica Transformada
(Camapum de Carvalho & Pereira, 2001).
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O modelo proposto por Camapum de Carvalho e Leroueil (2000) é importante, do ponto
de vista prático, pois conhecendo-se a curva característica de um solo, determina-se a sua
sucção para índices de vazios diferentes, sem que haja a necessidade de se medir ou
acompanhar as variações de sucção no solo. No entanto, deve-se observar que, a aplicação
deste modelo torna-se menos precisa a medida em que se afasta da distribuição de poros
inicial.
As curvas características podem ser afetadas por vários fatores, como: as propriedades
químicas e mineralógicas, o índice de vazios e a distribuição de poros. No entanto, diferenças
nas propriedades químicas e mineralógicas diferenciam apenas curvas características
transformadas ou não, de dois solos distintos, não interferindo em relação ao mesmo solo. Em
se tratando da distribuição de poros e do índice de vazios, por refletirem o estado do solo, o
comportamento é inverso. Embora a curva característica transformada independa do índice de
vazios, ela não contempla diferenças na distribuição de poros. A Figura 2.13 mostra os dois
extremos quanto à distribuição de poros.
Figura 2.14- Distribuição de poros
(a) solos tropicais
(b) e (c) solos compactados
(Camapum de Carvalho & Leroueil, 2000).
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De acordo com resultados apresentados por Li (1995), analisados segundo o modelo de
transformação proposto, verificou-se que a distribuição de poros é função da umidade e do
peso específico para os quais o solo foi compactado. Assim, ter-se-á se tantas curvas e pF
quantas distribuições de poros ocorrerem. A Figura 2.14 apresenta um exemplo de modelo de
distribuição de poros, definido com base nos resultados obtidos por Li (1995).
È importante ressaltar que, o fato do epF variar com a distribuição de poros, não
invalida a sua aplicação prática, pois em campo, trabalha-se com faixas específicas de
umidade e peso específico, o que permite, na maioria dos casos, limitar o número de curvas
características transformadas representativas para cada obra a uma ou no máximo duas.
Figura 2.15- Modelo de distribuição de Poros
(Camapum de Carvalho & Leroueil, 2000).
Baseando-se no mesmo princípio utilizado no desenvolvimento do modelo de
transformação da curva característica, pode-se analisar o comportamento mecânico de um
solo considerando conjuntamente os parâmetros índice de vazios e a sucção matricial (u a-uw)
ou (pF).
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Fisicamente a sucção e o comportamento mecânico de um solo não saturado dependem
do teor de umidade (w) e do índice de vazios (e).
Camapum de Carvalho e Pereira (2001) utilizando resultados de Machado e Vilar
(1998), observaram a aplicabilidade do modelo de normalização, no sentido de generalização
quanto ao comportamento dos solos. A Figura 2.15 mostra as curvas características e os
resultados de coesão obtidos por Machado e Vilar, conjuntamente a aplicação da
normalização.
Curvas Características
Relações Coesão aparente x pF
(c) Coesão aparente em função da sucção normalizada
Figura 2.16- Estudo do Comportamento Mecânico dos solos
(Camapum de Carvalho & Pereira, 2001).
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3- MATERIAIS E MÉTODOS
3.1- MATERIAIS UTILIZADOS
O solo fino utilizado para o desenvolvimento desta pesquisa foi coletado no Campo
Experimental do Programa de Pós-Graduação em Geotecnia da Universidade de Brasília
(UnB), nas profundidades de 1,0m, 3,0m, 5,0m, 7,0m e 9,0m.
Procedeu-se a escavação de um poço, com profundidade de 10,0m, de onde foram
coletados cerca de 40kg de amostra deformada referente a cada profundidade, assim como
amostras indeformadas.
O perfil de solo é constituído até 8,0m por um solo laterítico poroso, característico do
manto superficial do Distrito Federal. A partir desta profundidade tem-se uma camada de
transição até atingir o solo saprolítico entre 9,0 e 10,0m. Guimarães, (2002) e Cardoso, (2002)
indicam que no Distrito Federal o manto poroso possui espessura variando de centímetros a
dezenas de metros.
3.2- METODOLOGIA
3.2.1- Mini- Compactação
O ensaio de compactação foi realizado segundo procedimentos indicados pela
metodologia MCT, mais especificamente de acordo com o procedimento Mini-Proctor da
norma do DNER (DNER-ME 254/94).
Foi executada a determinação das curvas de compactação para todas as profundidades,
nas energias equivalentes ao Proctor Normal (5 golpes – soquete de P=2270 g) e ao Proctor
Intermediário (6 golpes – soquete de P= 4540 g).
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Para a avaliação da influência do peso específico e da umidade de compactação nos
resultados de sucção, compactou-se corpos de prova utilizando um peso úmido de
aproximadamente 75g em lugar das 190g previstas em norma, para 5 umidades diferentes e
variando-se a energia de compactação. As 5 umidades selecionadas foram: wót-9%, wót-6%,
wót-3%, wót, wót+3%. Foram então obtidos 2 corpos de prova com aproximadamente a
mesma densidade e, a mesma umidade de compactação, de modo a posteriormente executarse ensaios de Mini-CBR e Cone adaptado. Obteve-se assim, um total de 10 amostras
compactadas para cada teor de umidade utilizada. A Figura 3.1 mostra corpos de prova
compactados nestas condições.
É importante ressaltar que, a limitação do tamanho dos corpos de prova se deu em
conseqüência do pouco volume de solo disponível para a realização do estudo. Estipulou-se
portanto, que mesmo para a maior densidade a ser obtida a altura não poderia ser inferior a
2,5 cm. Sendo assim, os corpos de prova apresentaram alturas variando entre 2,5 a 3,0cm.
Figura 3.1- Corpos de prova compactados
Utilizando-se os mesmos teores de umidade anteriormente definidos, foram ainda
compactados corpos de prova nas energias normal e intermediária usando-se a quantidade de
solo prevista em norma (190g). Posteriormente estes corpos de prova foram submetidos aos
ensaios de Mini-CBR e Cone adaptado, considerando-se duas situações estremas de
resistência, ou seja, sem imersão (sucção atuando) e com imersão (sucção nula). Foram ainda
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consideradas duas situações compondo os ensaios com imersão, uma com a obtenção da
resistência obedecendo ao tempo estipulado em norma para a dissipação das poropressões (1
hora), e a outra com a realização do ensaio logo após a amostra ter sido retirada da imersão
(cerca de 15 minutos).
De maneira a verificar-se o efeito do amolgamento foi, ainda, realizada uma
compactação estática, com o auxílio de uma prensa. As compactações englobaram as cinco
profundidades anteriormente citadas e foram executadas no teor de umidade apresentado in
situ. A preparação dos corpos de prova constou basicamente de uma leve desagregação do
solo, executada entre os dedos, para a seguir ser executada a pesagem de aproximadamente
81,0g de material, que são levados ao molde cilíndrico e submetidos a compactação estática
através da pressão exercida por um pistão, de mesmo diâmetro do molde utilizado, esta
aplicada a uma velocidade de 1,17 mm/min. Esta pressão atua até que os corpos de prova
atinjam uma altura aproximada de 3,0 cm, o que representaria um índice de vazios da ordem
de 0,92.
3.2.2- Determinação da sucção – Método do Papel Filtro
O método do Papel Filtro foi utilizado para a obtenção da sucção em amostras
compactadas, indeformadas e amolgadas. Sendo estas últimas realizadas apenas para as
profundidades de 1,0m e 9,0m. É essencial destacar que, a obtenção das curvas características
para as amostras indeformadas e amolgadas foi realizada para que se pudesse verificar como
os efeitos amolgamento e compactação influenciam na curva característica de um mesmo tipo
de solo.
Após a compactação de cada corpo de prova, foi realizada a extração da amostra do
molde e a medição da altura com a utilização do paquímetro (3 medições executadas), de
modo a possibilitar o controle do peso específico pretendido. Posteriormente ao registro das
alturas obtidas, a amostra é colocada sobre três discos de papel Filtro Whatman no 42, envolta
em filme plástico e selada com fita adesiva, de forma a garantir o total contato do corpo de
prova com o papel. Na fita é anotada a devida identificação de cada amostra compactada,
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contendo o número do corpo de prova, o teor de umidade utilizado e data da compactação e, a
energia utilizada.
A seguir, apenas para garantir o contato do papel filtro com o corpo de prova, as
amostras são colocadas em uma caixa de isopor, sob um pequeno peso ( 20g); e, deixadas
em local sem grandes variações de temperatura por um período de 15 dias (no caso, na câmara
úmida), tempo este sugerido por Marinho (1995) em função do nível de sucção apresentado.
Cabe ressaltar que a observação do tempo de equilíbrio é fundamental para a qualidade do
ensaio.
Finalizado o período de equilíbrio, os corpos de prova são retirados da caixa de isopor
para efetuar-se as pesagens da quantidade de água presente no papel filtro. Com o auxílio de
uma pinça, retira-se o papel filtro central e efetua-se a sua pesagem, no menor intervalo de
tempo possível, em balança com 0,0001g de precisão. Por precaução pesou-se ainda o papel
filtro mantido em contato com o filme plástico. Assim, obtêm-se o peso do papel úmido. Os
discos de papel filtro são posteriormente colocados em cápsulas e, levados a estufa
(temperatura de 105 a 110 oC) por um período de 3 horas. Decorrido este intervalo de tempo
procede-se à pesagem do papel filtro seco. Esta outra pesagem também requer um extremo
cuidado, no sentido de evitar que, o disco de papel não ganhe umidade quando em contato
com o ar. O procedimento utilizado ao realizar a segunda pesagem constou basicamente na
colocação das cápsulas contendo os papéis filtro, em uma caixa de isopor, onde
primeiramente foi posta uma cápsula contendo sílica gel, de forma a conservar o ar seco
dentro do isopor. A caixa de isopor é então conduzida para um local próximo da balança e a
pesagem é realizada retirando-se um por um dos papéis, de forma a minimizar erros no peso
seco de cada disco de papel filtro.
Determinados os pesos úmido e seco, calcula-se a umidade do papel através da Equação
(3.1):
(3.1)
w = (Pw-Ps)
Ps
onde:
Pw = Peso úmido do papel filtro
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Ps = Peso seco do papel filtro
A partir do valor calculado de umidade no papel empregou-se a equação recomendada
por Chandler et al. (1992), citado por Marinho (1994), apresentada no item 2.5.2, para a
determinação da sucção.
Quanto ao corpo de prova, este é re-envolto em filme plástico, evitando-se perdas de
umidade, para a seguir ser pesado em balança de precisão 0,1 g de forma a verificar a
quantidade de água perdida pelo corpo de prova no período de 15 dias. Tal fato é verificado
através da diferença entre os pesos após a compactação e após a remoção do papel filtro.
Posteriormente, cada corpo de prova é levado para a prensa onde se executará os ensaios de
Mini-CBR em alguns e Cone adaptado em outros.
3.2.3- Determinação do Mini-CBR em corpos de prova de altura reduzida
Como anteriormente citado, após a pesagem, o corpo de prova é levado a prensa para a
realização do procedimento de ensaio para a determinação do Mini-CBR. De modo a garantir
o confinamento da amostra, cada uma delas era previamente colocada no interior de um tubo
de PVC bipartido e unido por abraçadeira metálica.
É óbvio que este confinamento está longe de ser semelhante ao obtido ao realizar-se o
ensaio no próprio molde metálico em que se procedeu a compactação. Esta condição de pouco
confinamento pode e deve influir nos resultados de resistência obtidos, mas tratando-se de uma
idéia puramente comparativa, desconsidera-se este efeito, o que também é devido à igualdade
de condições referente ao ensaio do Cone adaptado (Ec).
A execução deste ensaio segue o mesmo procedimento adotado para a determinação do
CBR convencional, a exceção das penetrações utilizadas, que devido ao efeito escala são
reduzidas. As penetrações foram levadas até 10,16 mm sob uma velocidade de ensaio de 1,17
div/min. Convém observar que, o lado em que se executam as penetrações é aquele que esteve
em contato direto com o papel filtro, de modo a minimizar a possibilidade de erro.
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Finalizando as leituras, remove-se o corpo de prova do anel de PVC e, com o mesmo é
executado o ensaio da balança hidrostática para determinação do peso específico.
De forma a obter o parâmetro de resistência a penetração, traçou-se às curvas (carga
versus penetração) para cada corpo de prova e, este foi retirado das curvas após a realização
das correções recomendadas em norma. De forma a exemplificar a obtenção do parâmetro de
resistência, a Figura 3.2 mostra as correções realizadas o respectivo valor do ISC obtido.
160
140
120
Carga
Kgf
100
80
60
40
20
0
0,00
0,67
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Penetração
(m m )
ISC 2,0 mm = 35,66
ISC 2,50 mm = 36,1 (considera-se o maior valor)
Figura 3.2- Exemplificação da obtenção do parâmetro ISC.
3.2.4- Utilização do PDC adaptado para laboratório
O procedimento utilizado neste ensaio é semelhante ao adotado para o Mini-CBR. A
diferença básica consta no acoplamento de uma ponta cônica rosqueável à prensa, utilizada
para o procedimento Mini-CBR, visando simular o ensaio de penetração realizado em campo
denominado DCP. Destaca-se também que, as penetrações utilizadas foram iguais às
especificadas para o Mini-CBR.
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Levando-se em consideração as dimensões reduzidas dos corpos de prova usados e
ainda a condição de confinamento totalmente diversa da existente in situ, deve-se considerar
que o efeito escala provavelmente exerce importante influência na obtenção do parâmetro de
resistência; sendo assim, os valores apresentados no apêndice C apenas são viáveis para efeito
comparativo, embora se pretenda no futuro correlaciona-los com os resultados de campo.
A seguir, apresenta-se a Figura 3.3, que visa ilustrar o procedimento.
Figura 3.3- Equipamento utilizado para realização do ensaio de penetração do Cone.
3.2.5- Determinação do peso específico aparente das amostras
A determinação do peso específico aparente das amostras compactadas foi feita por
meio de medidas diretas de altura e diâmetro e também, com o emprego da balança
hidrostática, segundo normatizado pela ABNT - NBR 10838 - MB-2887.
Uma vez concluídas as pesagens previstas no ensaio procedeu-se a remoção da camada
de parafina existente, com o auxílio de uma espátula e, com esta amostra é verificado o teor
de umidade pelo método da estufa.
Segundo Camapum de Carvalho (2001), como se utiliza três papéis filtros, para a
determinação da sucção, pode ocorrer perda significativa de umidade, sendo recomendável,
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após a secagem dos papéis, a determinação do peso específico natural de cada corpo de prova
e sua umidade final.
3.2.6- Determinação das Curvas Características
Para verificar o fenômeno da histerese determinou-se as curvas características para as
trajetórias de secagem e umedecimento.
Foram determinadas curvas características do solo compactado, na condição ótima da
energia equivalente ao Proctor Normal, para as profundidades de 1,0; 3,0 ; 5,0 ; 7,0 e 9,0
metros. Determinou-se também, para as profundidades de 1,0 e 9,0 metros, curvas
características considerando-se a energia intermediária de compactação; bem como, curvas
características utilizando-se amostras indeformadas e amolgadas.
O procedimento de determinação das curvas características para as amostras
compactadas constou essencialmente da compactação de 25 corpos de prova. Foram
utilizados 12 corpos de prova na determinação da curva característica na trajetória de
secagem, 12 para a trajetória de umedecimento e 1 foi tomado como ponto de referência e
ensaiado na condição de compactação.
Na obtenção da curva característica de acordo com a trajetória de umedecimento, após a
compactação, os corpos de prova são pesados e, postos em uma bandeja para secar ao ar.
Logo após a secagem, os corpos de prova são submetidos à saturação com o auxílio de um
conta-gotas e água destilada. De forma a se ter uma idéia mais exata da faixa de variação de
umidades que os corpos de prova devem apresentar, foi executado primeiramente o último
ponto (ponto mais saturado). De posse dos valores de umidade do ponto mais úmido e do
ponto mais seco, procedeu-se à determinação da faixa de variação de umidade utilizada para
alterar a saturação das amostras restantes. A verificação das umidades é realizada através de
pesagens consecutivas.
Com relação à trajetória de secagem, logo após a compactação e pesagem da amostras,
estas são postas para saturar. A saturação é feita por capilaridade, utilizando-se papel filtro
comum e pedra porosa parcialmente imersa em água destilada (Figura 3.4). Atingida a
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saturação máxima, estabelece-se novamente a faixa de variação de umidade a ser considerada
e, deixa-se os demais corpos de prova secarem até atingirem as umidades estipuladas para
cada um deles. A determinação das variações de umidade são também obtidas, através da
diferença de pesos.
Com todos os dados em mãos, as curvas características são representadas em termos de
saturação x sucção. A sucção é apresentada em pF, que é o logaritmo da sucção em
centímetros de coluna de água.
Figura 3.4- Saturação dos corpos de prova para obtenção da Curva Característica segundo a
Trajetória de Secagem.
3.2.7- Determinação do Mini-CBR convencional
Como descrito no item 3.2.1, compactou-se corpos de prova considerando uma faixa de
umidade em torno da ótima ( 3%) e nas energias Normal e Intermediária. Neste item
trabalhou-se também, considerando as profundidades de 1,0; 3,0; 5,0; 7,0 e 9,0 metros.
Como estabelecido na norma do Mini-CBR, utilizou-se um peso de solo úmido
equivalente a 190 g para compactação dos corpos de prova a serem ensaiados.
60
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Após o procedimento de Mini-compactação, alguns corpos de prova foram submetidos
diretamente ao ensaio de resistência a penetração e, outros foram imersos em água, de forma a
verificar-se primeiramente a expansão ocorrida. A determinação da expansão também é
detalhado na norma de execução do Mini-CBR, apresentando como diferença básica, em
relação à expansão em corpos de prova convencionais, o intervalo de tempo que os corpos de
prova permanecem imersos (20 horas). Retiradas às amostras da imersão, estas são deixadas a
escorrer por 15 minutos e, em seguida são colocadas em ambiente sem grandes variações de
temperatura, por 1 hora, de modo a ocorrer a dissipação das poropressões existentes.
Visando a comparação entre os valores de suporte obtidos considerando-se o período de
1 hora e, o valor obtido após a retirada do recipiente de imersão (15 minutos), procedeu-se à
compactação de dois corpos com iguais teores de umidade.
Quanto ao equipamento utilizado para a execução do ensaio propriamente dito, este
consta basicamente de uma prensa que permita o acoplamento tanto do pistão para
determinação do Mini-CBR, quanto da ponta cônica desenvolvida para o ensaio de cone em
laboratório. Sendo assim, após a retirada da imersão e em alguns casos após a compactação,
os corpos de prova são levados a prensa, onde procede-se a penetração do pistão a uma
velocidade de 1,17 div/mm, registrando-se as forças aplicadas. Estas medidas sendo
correspondentes às seguintes penetrações: 0,25 mm, 0,50mm, 0,63mm, 0,75 mm, 1,00mm,
1,25mm, 1,27mm, 1,50 mm, 1,90mm, 2,0mm, 2,5mm, 2,54mm, 3,0mm, 3,5mm, 3,81mm,
4,0mm, 4,5mm, 5,0mm, 5,08mm, 6,35mm, 7,62mm, 8,89mm e 10,16mm.
É necessário ainda destacar que, procede-se a execução do Mini-CBR em uma das
extremidades do corpo de prova e, a seguir, o ensaio do cone na outra extremidade do mesmo
corpo de prova.
Finalizado o ensaio de penetração, remove-se o corpo de prova do molde metálico em
que foi compactado e, determina-se sua umidade com o auxílio da estufa.
61
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4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
4.1 – CARACTERIZAÇÃO DO SOLO ESTUDADO
Os estudos foram realizados para um perfil de solo intemperizado e não saturado
localizado no campo experimental do programa de Pós-Graduação em Geotecnia da
Universidade de Brasília (UnB). As amostras ensaiadas foram coletadas a 1,0, 3,0, 5,0, 7,0 e
9,0m em relação à superfície do terreno natural.
De forma a bem caracterizar o material utilizado, fez-se uso das suas características
mineralógicas, químicas e físicas. Destaca-se que, só assim é possível uma melhor análise dos
aspectos que influenciam no seu comportamento quando em estado natural e compactado; o
que por sua vez vem a contribuir para a determinação de seu potencial de uso em obras de
pavimentação.
4.1.1 – Propriedades Físicas
Os resultados referentes à caracterização física do perfil de solo estudado são
apresentados nas Tabela 4.1 e Figuras 4.1 e 4.2. Na Tabela 4.1 além dos símbolos
convencionais aparecem os termos CD, referindo-se ao tratamento do solo com o defloculante
hexametafosfato de sódio e SD referindo-se as amostras não submetidas a este tratamento. A
Figura 4.2 apresenta o teor de agregação calculado a partir da relação da quantidade de argila
com defloculante (aCD) sobre a quantidade de argila sem defloculante (aSD).
62
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Tabela 4.1- Resultados dos ensaios de caracterização geotécnica do solo da UnB
(Modificado- Guimarães 2002).
Parâmetro
3
s (kN/m )
2
3
4
26,86
26,78
26,11
25,97
3
10,32
d (kN/m )
2,739
Gs
e
1,6
61,6
 (%)
wnat (%)
26,2
Pedregulho CD
0,2
Areia CD
41,5
24,9
Silte CD
Argila CD
33,4
Pedregulho SD
0,2
Areia SD
56,2
Silte SD
41,4
Argila SD
2,2
%aCD/%aSD
15,18
Classificação ASSHO
A-4
Classificação SUCS ML/OL
Classificação MCT
wL (%)
38
wP (%)
IP (%)
Ia
28
10
0,29
26
10
0,33
29
10
0,3
7
25,75
29
12
0,29
34
11
0,26
33
11
0,21
35
11
0,21
0,5
28
1
1,5
2
1
1
1
2
2
2
3
3
3
6
7
Profundidade (m)
0
5
5
6
7
10
27,62
13,86
2,677
0,89
47,2
26,92
3,6
33,8
27,4
35,2
3,6
42
51,9
2,5
14,08
A-5
ML/OL
LG'
43
13,8
2,77
0,96
49
26,6
0,6
10,2
80,4
8,8
0,6
10,2
86,8
2,4
3,67
A-7-6
CL
13,29
2,816
1,08
51,9
31,46
0
3,4
93,2
3,4
0
1,4
79,5
19,1
0,178
A-7-5
ML/OL
44
46
34
9
0,21
26
18
2
30
16
4,71
10 11 12 13 14 15
0
4
9
27,2
 d (KN/m 3)
0
4
8
26,52 26,25
e
Profundidade (m)
Profundidade (m)
26
26,94
10,41 11,49 11,46 11,96
11,98 12,82
2,731 2,662 2,648 2,474
2,626 2,704
1,57
1,27
1,27
1,25
1,15
1,07
61,1
56
55,9
55,6
53,5
51,7
31,3
33,28 33,58
32,7
32,11 29,78
0,2
0,7
0,8
1,4
2,1
4,3
41,5
41,6
33,7
31,6
25,7
22,7
29,2
25,7
26,3
26,5
22,9
24,6
29,1
32
39,2
40,5
49,3
48,4
0,2
0,7
0,8
1,4
2,1
4,3
56,2
53,2
53
49,2
34,9
30,1
35,9
34,2
43,1
48,6
61,4
61,9
7,7
11,9
3,1
0,8
1,6
3,7
3,779 2,6891 12,65 50,625 30,813 13,08
A-4
A-4
A-7-6 A-7-6
A-7-6 A-7-6
ML/OL ML/OL ML/OL ML/OL ML/OL ML/OL
LG'
36
39
41
45
44
46
 s (KN/m 3)
24
Profundidade (m)
5
6
1
4
5
6
7
8
8
8
9
9
9
10
10
10
11
11
11
Figura 4.1- Caracterização física do solo do Campo Experimental de Geotecnia da UnB
(Guimarães, 2002).
63
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Gs
   
lim ites de Atterberg
2,45 2,55 2,65 2,75 2,85
0
1
1
2
2
2
3
3
3
5
6
7
1
Profundidade (m)
4
0
4
5
6
7
4
5
6
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
10
11
wL
IP
Granulom etria SD
0
6 8 10 12 14 16 18 20
0
20 40 60 80 100
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
5
6
7
Profundidade (m)
0
4
4
5
6
7
WP
Granulom etria CD
0
Profundidade (m)
Profundidade (m)
20 25 30 35 40 45 50
0
Profundidade (m)
Profundidade (m)
45 49 53 57 61 65
20 40 60 80 100
4
5
6
7
8
8
8
9
9
9
10
10
10
11
11
11
areia
Argila
Silte
areia
Argila
Silte
Figura 4.2- Caracterização física do solo do Campo Experimental de Geotecnia da UnB
(Guimarães, 2002).
64
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Wnat
25
28
31
34
0
1
2
Profundidade (m)
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Figura 4.3- Perfil de umidade natural do solo estudado.
% agregação
0 10 20 30 40 50 60
0
1
2
Profundidade (m)
3
4
5
6
7
8
9
10
11
argila
Figura 4.4- Percentual de agregação existente no perfil de solo.
65
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De acordo com os resultados apresentados nas Figuras 4.1 e 4.2, percebe-se a existência
de três camadas com características bem definidas. São elas:
-
Camada areno argiloso siltosa até 3,0 metros: caracterizada pelo alto índice de
vazios(1,27  e  1,60), peso específico dos sólidos em torno de 26,5 kN/m3 e
índice de plasticidade igual a 10;
-
Camada argilo arenosa com silte entre 3,0 e 8,0 metros: caracterizada por índice
de vazios decrescente (1,27 para 0,89), peso específico dos sólidos e índice de
plasticidade semelhante à camada anterior;
-
Camada siltosa de 8,0 a 10,0m: nesta camada há tendência de aumento do
índice de vazios, peso específico dos sólidos e índice de plasticidade, quando
comparado a 8,0m.
Em termos de evolução pedogenética pode-se dizer que a camada mais superficial (0,0 a
3,0m) encontra-se fortemente agregada, com presença marcante de macroporos e mais sujeita
a bioturbações. A partir de 3,0m estas características vão se tornando menos marcante até
chegar à transição para o solo saprolítico entre 8,0 e 10,0m.
No perfil de solo estudado ocorre predominância da fração argila nos horizontes mais
superficiais. Esta superioridade é imposta pelo grau de intemperismo, que quanto maior se
apresentar, menor será a dimensão dos minerais de argila e oxi-hidróxidos constituintes
(Tardy, 1993; Cardoso, 2002).
O índice de vazios, cujos valores elevados resultam da influência direta do
intemperismo químico, apresenta valores mais altos nas camadas mais superficiais (variando
de 1,6 a 1,27 até 5,0m de profundidade). A porosidade deste solo está em torno de 53%,
encontrando-se em estado não saturado. Mendonça (1993) explica que a elevada porosidade,
assim como as ligações cimentíceas que compõe este solo, resultam unicamente dos processos
físico-químicos de sua formação, especialmente da lixiviação associada ao processo de
laterização; o que explica a tendência de queda da porosidade a partir do quinto metro no
perfil aqui estudado. Esta porosidade aliada à condição não saturada conduz a camada porosa
do Distrito Federal a um comportamento colapsível quando submetido a variação do estado de
tensões ou ataques químicos (Araki,1997). Segundo Feda (1966), citado por Araki (1997), os
66
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solos do DF apresentam a característica peculiar da colapsibilidade quando possuem uma
porosidade maior que 40%. Guimarães (2002) e Camapum de Carvalho et al.(2002)
apresentam a análise micro-estrutural deste perfil de solo no estado natural.
Quanto aos limites de Atterberg enquanto se verifica diferenças consideráveis nos
valores de wL e wP, o IP apresenta tendência a se manter mais ou menos constante até o oitavo
metro (IP médio em torno de 10). Este comportamento será analisado quando da apresentação
das características mineralógicas do perfil de solo no item 4.1.2.
A baixa e aproximadamente constante atividade e plasticidade deste solo, com exceção
dos valores obtidos para 9,0 e 10,0m, representam uma característica típica de solos
lateríticos, que segundo Sória (1986), normalmente apresentam atividade menor que 0,8.
Com relação a granulometria nota-se que as amostras apresentam grandes diferenças
quando ensaiadas com e sem defloculante, o que indica a presença marcante da agregação
existente. A Figura 4.5 apresenta um exemplo típico de curva granulométrica do solo em
estudo. Segundo Camapum de Carvalho et al. (1996), baseando-se em análises microscópicas
realizadas em uma amostra coletada à 2,0m no Campo Experimental da Geotecnia, o solo
quando em estado natural, submetido à imersão em água, gera uma certa desagregação, que
não é total. Fato também comprovado por Guimarães (2002) em posteriores análises com o
mesmo perfil de solo. Quando do uso do defloculante, as agregações são, na quase totalidade,
destruídas. Observa-se um decréscimo nos percentuais de areia e silte caracterizando a
existência de argila agregada nestas frações.
Sendo assim, as análises a serem realizadas devem compreender os resultados obtidos
com e sem o uso de defloculante. O uso de defloculante torna-se importante apenas no caso de
estudo de percolação por fluidos específicos, como em sumidouros e lagos de estabilização.
67
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100
90
80
% passa
70
60
50
40
30
20
10
0
0.001
0.010
0.100
1.000
Diâmetro das partículas (mm)
Com Defloculante
10.000
100.000
Sem Defloculante
Figura 4.5- Curvas granulométricas com e sem defloculante (9,0m)
(Guimarães, 2002).
Segundo Cardoso (2002) o comportamento dos solos diante das propriedades físicas,
químicas e mineralógicas está diretamente associado ao tipo de fração granulométrica
predominante, o que, a príncipio, conduz a considerar-se três zonas comportamentais
(arenoso, argiloso e siltoso).
Observa-se também, uma nítida mudança de comportamento aos 8,0m de profundidade,
com redução nos teores de areia e argila e aumento no teor de silte.
4.1.2 – Características Mineralógicas e Micromorfológicas
4.1.2.1 – Características Mineralógicas
Os resultados apresentados na Tabela 4.2 e nas Figuras 4.6 e 4.7 mostram a composição
mineralógica do solo da UnB.
68
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Tabela 4.2.- Características mineralógicas do solo da UnB (Carvalho 1995).
Mineral (%)
gibbsita
caolinita
quartzo
hematita
goethita
anastásio
rutilo
ilita
1
39,2
8,3
32,5
6,8
3,5
5,9
3,8
0
2
41,7
6,9
29,4
6,9
3,4
6,9
4,9
0
3
38,7
5,4
37,6
6,7
4,7
4,1
3,1
0
Profundidade (m)
5
6
36,6
27,1
11,7
17,5
29,4
15,7
10,8
14,1
0
0
7,4
7,9
4,1
6,5
0
6,9
4
43,3
8,7
22,1
10,1
4,4
5,9
5,5
0
minera is
c o ns tit uint es ( %)
0
10
20
30
40
7
9,1
27,1
28,9
14,4
0
7,3
3,8
5,7
8
3,7
41,1
9,4
13,7
0
5,1
6,6
7,9
9
0
30,9
27,6
11,9
0
7,2
0
7,1
10
0
37,1
22,5
14,1
0
0
0
11,2
m ine rais co nst ituinte s
( %)
0
50
0
0
2
2
4
4
6
6
8
8
10
10
12
12
3
6
9
12
cao linita
gibbsita
anastásio
goethita
quartzo
hematita
rutilo
ilita
Figura 4.6. Distribuição dos minerais ao longo da profundidade.
A Tabela 4.2 e a Figura 4.7 mostram que o solo é bastante aluminoso em sua maioria.
Segundo Martins (1988), apud Cardoso (1998b e 2002), a mineralogia apresentada é
típica de solos que sofreram intemperismo químico, cujos processos de alteração
predominantes são a alitização e a monossialitização. O primeiro processo podendo ser bem
avaliado nos horizontes mais superficiais em áreas de terrenos bem drenados, onde os teores
de gibbsita são expressivos (no caso em estudo estando entre 27,1 e 43,3%).
69
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m ine rais c o ns t it uint e s
( %)
0
10
20
30 40
50
m ine rais c o ns t it uint e s
( %)
60
0
0
0
2
2
4
4
6
6
8
8
10
10
12
10
20
30 40
50
60
12
gibbsita+cao linita
caulinita+illita
gibbsita+illita
caulinita+illita
gibbsita+hamatita+go etita
gibbsita+caulinita+illita
Figura 4.7. Distribuição dos minerais ao longo da profundidade.
Esta característica foi comprovada por Araki (1995) para o perfil de solo do metrô, que
através da determinação dos elementos amorfos (utilizando-se um espectrômetro de emissão
atômica com plasma de acoplamento indutivo), verificou uma alta concentração de alumínio
na superfície (mais de 80% no primeiro metro) e valores decrescente com a profundidade,
comportamento típico de solos porosos formados por processo de acumulação relativa.
Outra característica verificada é a quantidade de quartzo encontrada, com presença
marcante em todo o perfil, chegando a 37,6% no terceiro metro. Segundo Nogami & Villibor
(1995) a presença deste mineral em solos superficiais lateríticos, principalmente nas frações
de areia e pedregulhos é muito freqüente. Cardoso (2002) destaca ainda que este compõe a
quase totalidade da fração areia nos solos do Distrito Federal, uma vez que não são
encontrados outros minerais típicos desta fração, como feldspatos e carbonatos
(provavelmente solubilizados sob as condições regionais de intemperismo químico).
A Figura 4.6 aponta para aspectos importantes do perfil mineralógico. A variabilidade
do teor de quartzo está provavelmente associada à rocha de origem que é um metaritmito. Por
70
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outro lado, o somatório constante dos teores de illita, caulinita e gibbsita apontam para a
cadeia evolutiva dos argilominerais aos óxidos de alumínio (Figura 4.8).
Ilita
Caulinita
Gibbsita
Figura 4.8- Evolução mineralógica.
Segundo Cardoso et al. (1998) os oxihidróxidos de Al cristalinos e para cristalinos,
formados na alitização, são fundamentais no desenvolvimento de agregados de partículas
finas e nas fracas ligações interestruturais dos latossolos do DF. A geração destes agregados
argilosos influi no aumento da macroporosidade, influenciando assim no comportamento
mecânico dos solos. Ainda segundo os autores, os solos do DF apresentam suas características
estruturais influenciadas pelo intemperismo químico não tendo nenhuma influência a origem
(residual ou transportado) do solo. Camapum de Carvalho et al. (2000) mostram que a
agregação do solo aumente com o crescimento do teor dos óxidos e hidróxidos de ferro e
alumínio.
O peso específico dos sólidos entre 26 e 28kN/m3, conforme observado no item 4.1.1, é
típico deste solo, e está associado à presença de caulinita (s=25,5kN/m3), quartzo
(s=26,0kN/m3), oxido-hidróxidos de ferro (hematita, s=51,0 kN/m3 e goethita, s= 40,0 a
42,0 kN/m3) e alumínio (gibbsita, s=24,0 kN/m3). O aumento de s a partir de 8,0m se deve
provavelmente ao desaparecimento da gibbsita, enquanto o teor de hematita é mantido.
Cardoso (2002) observou que o limite de plasticidade do solo está diretamente
associado ao crescimento do teor da fração argila e dos principais minerais que a compõe
(gibbsita e caulinita). Ainda segundo o autor, o mesmo não ocorre para o limite de
plasticidade, provavelmente porque este pode ser resultante de combinações mais complexas
entre as propriedades dos solos. Para o perfil de solo estudado observa-se no entanto, na
Figura 4.9, um certo paralelismo entre os resultados de wL e wP. O aumento de wL e wP até o
8,0m de profundidade parece estar associado a redução do teor de gibbsita e portanto de
agregados, enquanto o aumento destes parâmetros a partir desta profundidade está associado
71
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ao surgimento da ilita. A constância do IP até 8,0m parece indicar que a transformação
mineralógica, se mantida a soma dos argilominerais com os óxidos de alumínio não afetaria a
plasticidade. A Figura 4.9 mostra ainda uma certa semelhança entre os perfis de hematita e
hematita+goetita e os perfis de limite de liquidez e plasticidade.
A baixa e constante atividade e plasticidade deste solo, com exceção dos valores obtidos
para 9,0 e 10,0m, anteriormente observados, pode ser explicada pela predominância de
argilomineral do tipo caolinita, e ausência de argilominerais do tipo montmorilonita.
Levando-se em consideração os aspectos analisados anteriormente, comprova-se a
explanação de diversos autores (Cardoso, 1995 e 2002; Camapum de Carvalho et al., 1996)
quanto à direta associação do grau de intemperismo do solo à sua composição mineralógica, o
que por sua vez influencia as suas propriedades físicas.
0
10 20 30 40 50
0
2
2
4
4
Profundidade
Profundidade
0
0
6
8
10 20 30 40 50
6
8
10
10
12
12
hematita
hematita+goetita
wP
hematita
hematita+goetita
wL
Figura 4.9 – Variação dos índices de Atterberg em relação
aos teores de hematita e goetita.
72
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4.1.2.2- Micromorfologia
De forma a permitir o melhor entendimento das discussões relacionadas à
microestrutura do perfil de solo estudado, as Figuras 4.10 a 4.12, 4.13 e 4.14 e 4.15
apresentam respectivamente as imagens obtidas para as profundidades de 1,0m, 5,0m e 9,0m.
Figura 4.10- Microscopia de varredura na profundidade de 1,0m e com ampliação de 500x.
Figura 4.11- Microscopia de varredura na profundidade de 1,0m e com ampliação de 3.000x.
73
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Figura 4.12- Microscopia de varredura na profundidade de 1,0m e com ampliação de 10.000x.
Figura 4.13- Microscopia de varredura na profundidade de 5,0m e com ampliação de 500x.
74
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Figura 4.14- Microscopia de varredura na profundidade de 9,0m e com ampliação de 500x.
Figura 4.15- Microscopia de varredura na profundidade de 9,0m e com ampliação de 3.000x.
O perfil de solo estudado é constituído por uma camada intemperizada até 8,0m de
profundidade e de 8,0m a 10,0m tem-se a transição para o saprólito. Até 3,0m de
profundidade solo apresenta propriedades físico-químicas e mineralógicas semelhantes o
mesmo se dando com a micro-estrutura. As Figuras 4.10 a 4.12 ilustram esta situação com
75
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imagens obtidas para a profundidade de 1,0m. Nesta camada, observa-se a presença de
agregados e entre eles a existência de macroporos. A Figura 4.12 mostra ainda que mesmo
nos agregados podem ocorrer poros de tamanho importante. Esta quantidade de agregados e
macroporos tente a diminuir a partir dos 3,0m de profundidade. A Figura 4.13 ilustra esta
condição para a profundidade de 5,0m. Já na transição os macroporos e microporos dão lugar
a uma distribuição de poros mais homogênea (Figuras 4.14 e 4.15).
4.1.3 – Características Químicas
A Tabela 4.3 e a Figura 4.16 apresentam os resultados das análises químicas realizadas
no perfil do solo em estudo no decorrer desta pesquisa.
Tabela 4.3- Composição Química dos solos no Campo Experimental da UnB.
Complexo Sortido
1,0m
2,0m
3,0m
4,0m
5,0 m
6,0m
7,0 m
8,0 m
Ca+Mg
Ca
Mg
K
Na
S
Al
Acidez Total H+Al
C.T.C.
% Al
%V
C (g/Kg)
MO (g/Kg)
pH em água
pH em KCl 1N
0,83
0,7
0,13
0,03
0,03
0,89
0,1
3,2
4,09
10
22
8,5
14,6
5,7
5,1
0,42
0,3
0,12
0,15
0,04
0,61
0
2,5
3,11
0
20
4
6,9
5,7
6,1
0,28
0,2
0,08
0,03
0,03
0,34
0
2,5
2,84
0
12
4
6,9
5,7
6,4
0,38
0,3
0,08
0,15
0,04
0,57
0
2,4
2,97
0
19
3
5,2
5,7
6,3
0,3
0,2
0,1
0,03
0,03
0,36
0
2,5
2,86
0
13
4
6,9
5,6
5,8
0,38
0,3
0,08
0,17
0,05
0,6
0
3,2
3,8
0
16
4
6,9
5,4
4,8
0,49
0,4
0,09
0,03
0,04
0,56
1
3,7
4,26
64
13
2
3,4
5,5
4,1
0,28
0,2
0,08
0,15
0,04
0,47
2,2
5
5,47
82
9
3
5,2
5,5
3,9
9,0m 10,0 m
0,28
0,2
0,08
0,12
0,04
0,44
5,5
10,5
10,94
93
4
3
5,2
5,5
3,8
0,28
0,2
0,08
0,06
0,04
0,38
5,8
9
9,38
94
4
4
6,9
4,8
3,5
76
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0,25 0,5 0,75
0
1
3
6
9
12
0
0
2
2
2
4
4
4
6
8
10
12
Profundidade (m)
0
Profundidade (m)
Profundidade (m)
0
0
6
8
0
5
10
12
12
15
3
20
%Al
4
5
75 100
8
H+Al
Al
C.T.C = S+H+Al
10
50
6
10
Ca
Mg
K
Na
S= Ca+Mg+K+Na
25
6
%V
7
0
0
1
2
2
Profundidade (m)
Profundidade (m)
3
4
6
8
4
5
6
7
8
10
9
10
12
11
C
MO
água
KCl
Figura 4.16- Composição química do solo em perfil.
De acordo com Camapum de Carvalho et al. (1996) e Cardoso (1995, 2002), o pH dos
solos finos está associado diretamente ao teor de argila que o compõe. Sendo assim, o pH
representa um fator importante na formação de agregados e, conseqüentemente, influencia o
77
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arranjo estrutural entre os vazios e sólidos do solo. Verifica-se que, a floculação dos minerais
de argila é mais fácil quanto mais ácido é o pH do solo. Na Figura 4.16 observa-se que o pH
em água varia entre 5,7 e 4,8; enquanto que o pH em KCl varia entre 6,4 e 3,5; confirmando
assim, o caráter essencialmente ácido do solo.
Os resultados de pH fornecidos pelo pH em KCl 1N menos o pH em água, se
caracterizam por valores negativos acima de 6,5m e positivos abaixo desta cota. Tais
resultados concordam com o esperado uma vez que a Figura 4.16 mostra a predominância dos
óxidos acima desta profundidade e dos argilominerais abaixo dela.
Os resultados mostram baixos valores de C.T.C. e teores de sódio desprezíveis.
Esta capacidade de troca catiônica (C.T.C) é definida como a soma total dos cátions que
o solo pode reter na superfície coloidal.Catani et al. (1955) estabeleceram limites quanto a
baixa (CTC < 4,62 cmolc / Kg) e alta ( 4,62 < CTC < 11,30 cmolc / kg); assim de acordo com
os dados obtidos, ocorre uma baixa capacidade de troca de cátions até o sexto metro. Cardoso
(2002) observou que um valor baixo de CTC pode ser reflexo de baixos teores de matéria
orgânica. Tal fato é comprovado no solo em estudo, pois mesmo em 1,0m de profundidade
têm-se baixos valores de matéria orgânica. Destacando-se, no entanto que, os valores de
C.T.C. não se encontram diretamente correlacionáveis com os teores de matéria orgânica
(MO).
Ainda segundo o autor, a matéria orgânica pode influenciar alguns parâmetros físicos do
solo, como Gs, grau de agregação e limites de Atterberg, embora para o perfil de solo
estudado, devido ao baixo teor de MO, estas alterações não sejam marcantes.
Observa-se ainda que, os maiores teores de potássio correspondem aos menores de
quartzo obtidos da análise mineralógica. Embora esta alternância possa ser reflexo de
variações relativas as alterações no teor de quartzo, ela aponta para a consideração de um
perfil residual cuja rocha de origem é um metarritmito constituído por intercalações de
camadas quartzosas e argilosas. Os teores de cálcio e magnésio são superiores nos primeiros
2,0m, o que provavelmente reflete efeitos de colagem do solo. É importante observar que a
exceção do primeiro metro, para o qual os teores de carbono e matéria orgânica são mais
elevados, estes componentes se fazem presentes ao longo da profundidade, embora em teores
muito baixos.
78
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O teor em alumínio trocável é praticamente nulo nos 6,0 primeiros metros passando a
aumentar a partir do sétimo metro e tendendo a se estabilizar de 9,0 para 10,0m.
O hidrogênio trocável se mantém praticamente constante até 8,0m sofrendo ligeiro
aumento para as profundidades de 9,0 a 10,0m.
Posteriormente as análises físicas, químicas e mineralógicas, chega-se à conclusão da
existência de uma boa relação entre elas. Assim, de posse deste conjunto de dados é possível
dividir o perfil química e mineralogicamente nas seguintes subcamadas:
- 0 a 3,0m : camada na qual o teor de gibbsita e caulinita se mantêm praticamente
constante com baixa C.T.C. e pH;
- 3,0 a 8,0m : camada na qual ocorre, a partir de 3,0m, uma redução no teor de gibbsita e
aumento no teor de caulinita com aparecimento da ilita a 6,0m de profundidade. A C.T.C. e o
pH se mantêm baixos e praticamente constantes;
- 8,0 a 10,0m: desaparece a gibbsita, a caulinita se mantêm praticamente constante e o
teor de illita sofre um ligeiro aumento. A C.T.C. e o pH em KCl 1N aumentam.
4.2 – CURVAS DE COMPACTAÇÃO
Foram realizados ensaios de Mini-Compactação nas energias normal e intermediária,
tendo-se por finalidade a determinação das curvas de compactação representativas do perfil de
solo em estudo. A obtenção dos parâmetros de compactação apresentou-se essencial no
desenvolvimento dos estudos posteriormente realizados.
As Figuras 4.17 a 4.21 apresentam as curvas de compactação obtidas, para as amostras
coletadas nas profundidades de 1,0 , 3,0 , 5,0 , 7,0 e 9,0m respectivamente.
A Tabela 4.4, por sua vez, mostra os valores de wót e dmax obtidos nestes ensaios.
79
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1,0m (EN)
Curva de Saturação
1,0m (E.I.)
20,00
d
(kN/m 3)
18,00
16,00
14,00
12,00
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
w (%)
Figura 4.17 – Curva de compactação nas energias normal (EN) e intermediária (EI)
(Profundidade 1,0m).
3,0m (EN)
Curva de Saturação
3,0m (EI)
18,00
d
(kN/m 3)
16,00
14,00
12,00
15
20
25
30
35
40
w (%)
Figura 4.18 – Curva de compactação nas energias normal (EN) e intermediária (EI)
(Profundidade 3,0m).
80
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5,0m (EN)
Curva de Saturação
5,0m (EI)
19,00
18,00
d
(kN/m 3)
17,00
16,00
15,00
14,00
13,00
12,00
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
w (%)
Figura 4.19 – Curva de compactação nas energias normal (EN) e intermediária (EI)
(Profundidade 5,0m).
7,0m (EN)
Curva de Saturação
7,0m (EI)
d
(kN/m 3)
18,00
16,00
14,00
12,00
16,0
20,0
24,0
28,0
32,0
36,0
40,0
w (%)
Figura 4.20 – Curva de compactação nas energias normal (EN) e intermediária (EI)
(Profundidade 7,0m).
81
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9,0m (E.N.)
Curva de saturação
9,0m (E.I.)
19,00
d
(kN/m 3)
17,00
15,00
13,00
16,0
21,0
26,0
31,0
36,0
w (%)
Figura 4.21 – Curva de compactação nas energias normal (EN) e intermediária (EI)
(Profundidade 9,0m).
Tabela 4.4- Parâmetros de compactação do solo estudado.
Energia
Normal
Profundidades
wót (%)
1,0m
3,0m
5,0m
7,0m
9,0m
25
27
25
27
24,5
3
dmáx (kN/m )
15,84
15,5
15,5
15,15
15,4
Intermediária
wót (%) dmáx (kN/m3)
21
23
21
22
22
16,84
15,85
15,6
15,72
16,4
É importante salientar que, as curvas de saturação obtidas foram traçadas a partir dos
valores de Gs corrigidos, pois os valores obtidos por Guimarães (2002) apresentavam alguns
erros de determinação.
No entanto, devido à tardia observação quanto aos valores errôneos da densidade dos
grãos, para as demais análises foram adotados os valores de Gs obtidos por Guimarães (2002),
sendo o erro comparativamente desprezível.
82
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4.3 – CURVAS CARACTERÍSTICAS
Nas regiões de clima tropical a grande maioria dos materiais usados em obras
geotécnicas apresentam-se não saturados. Devido à complexidade, quase todos os estudos
destes solos se prendem a análise da curva característica, por ser de fácil determinação ou
mesmo se fundamentar em resultados obtidos para o solo saturado.
Visando a verificação das mudanças ocorridas na curva característica do solo quando
compactado em diferentes energias, justifica-se a realização do estudo das propriedades do
solo na sua condição natural, para fins puramente comparativos. Sendo assim, este item
apresenta as curvas características obtidas para amostras compactadas, indeformadas e
amolgadas.
A Tabela 4.5 objetiva resumir os ensaios realizados.
Tabela 4.5 – Resumo dos ensaios realizados.
Profundidade
Amostradas Compactadas
1,0 m
EN - T.S.
EN - T.U.
EI - T.S.
EI - T.U.
Amostra Amolgada
Amostra Indeformada
T.U.
T.U.
3,0 m
EN - T.S.
EN - T.U.
x
T.U.
5,0 m
EN - T.S.
EN - T.U.
x
T.U.
7,0 m
EN - T.S.
EN - T.U.
x
T.U.
T.U.
T.U.
9,0 m
EN - T.S.
EN - T.U.
EI - T.S.
EI - T.U.
onde:
T.U – Trajetória de umedecimento;
T.S. – Trajetória de secagem;
EN – Energia normal de compactação;
EI – Energia intermediária de compactação.
83
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Na Tabela 4.5 observa-se que algumas curvas características (amostras indeformadas e
amolgadas) foram obtidas considerando apenas a trajetória de umedecimento (T.U.), o que se
deve à desagregação sofrida pelos corpos de prova, quando o ensaio foi executado na
trajetória de secagem (T.S.).
Ressalta-se ainda que, todas as curvas características posteriormente apresentadas se
encontram em função de pF e de ua – uw (kPa). No decorrer deste capítulo trabalhou-se mais
comumente em termos de pF, que representa o logaritmo da sucção em centímetros de coluna
de água.
4.3.1 – Curvas Características ao Longo do Perfil do Solo Natural
A Figura 4.22 apresenta as curvas características representativas do perfil de solo
estudado. Destaca-se que, a exceção da profundidade de 9,0m, estas curvas foram obtidas por
Guimarães (2002). No entanto, para efeito comparativo realizou-se ainda a determinação da
curva característica para a profundidade de 1,0m.
A distribuição de poros no solo pode ir desde uma situação em que eles sejam
praticamente homogêneos, ou seja, iguais, como por exemplo, para uma areia uniforme, até o
caso onde ocorra a distribuição com concentrações em determinados tamanhos de poros. Para
melhor visualisar tal fato, considera-se um solo de granulometria aberta, com lacunas em
certas faixas do tamanho de grãos. Sendo assim, o solo poderá ter, neste caso, dois
(distribuição bimodal) ou mais tamanhos de poros predominantes. Segundo Camapum de
Carvalho e Leroueil (2000) tanto os solos tropicais como os solos argilosos compactados no
ramo seco apresentam uma distribuição de poros predominantemente bimodal. Nos solos
compactados à medida que se aumenta a umidade e energia de compactação esta distribuição
tenderia a condição homogênea. A Figura 4.22, obtida para o perfil de solo estudado ilustra
por meio da maioria das curvas (1,0 a 8,0m) os casos de distribuição bimodal, com
predominância de tamanhos de poros distintos no interior dos agregados e entre eles.
Conforme mostrado por Camapum de Carvalho et al. (2002) e por Guimarães (2002), para
84
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este perfil de solo se teria o predomínio marcante de microporos no interior dos agregados e
macroporos de 0,0 a 3,0m, sendo que a partir desta profundidade a importância dos
macroporos diminuiria até praticamente desaparecer a partir do oitavo metro. Para 9,0 e
6
100000
5
10000
4
1000
3
100
2
10
1
1
Ua-Uw (KPa)
pF
10,0m, a distribuição de poros tenderia a ser mais do tipo homogênea.
0,1
0
0
20
40
60
80
100
Sr (%)
1,0 mD
1,0mG
3,0 m
5,0m
2,0 m
4,0 m
6,0 m
8,0 m
7,0 m
9,0 mD
10m
Figura 4.22- Curvas características do solo do Campo Experimental da Unb
(Amostras Indeformadas – Trajetória de Umedecimento)
Modificado- Guimarães (2002).
onde:
1,0mD- Curva característica para 1,0m de profundidade determinada pela autora;
1,0mG- Curva característica para 1,0m de profundidade determinada por Guimarães (2002);
9,0mD- Curva característica para 9,0m de profundidade determinada pela autora.
De acordo com Camapum de Carvalho e Leroueil (2000), em se tratando de solos
tropicais, o intemperismo e a acidez são responsáveis pela agregação de partículas cimentadas
ou não por óxidos e/ou hidróxidos de alumínio e/ou ferro. Estas agregações por sua vez se
85
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ligam a outras, seja por estes cimentos ou por pontes de argila (Paixão & Camapum de
Carvalho, 1994) dando origem à distribuição bimodal de poros.
Os solos com distribuição bimodal de poros apresentam dois pontos de entrada de ar,
sendo o primeiro referente à entrada de ar nos macroporos, para pequenos valores de sucção, e
o segundo diz respeito à entrada de ar nos microporos, para valores de sucção mais elevados.
Nos solos tropicais os macroporos ocorrem inter-agregados enquanto os microporos estão
intra-agregados, estes muitas vezes podendo apresentar volume maior que o dos macroporos
(Cardoso, 2002).
Posteriormente a observação, no Capítulo 2, da Figura 2.12 verifica-se que a Figura 4.22
evidencia alguns pontos importantes, tais como:
-
Até a profundidade de 6,0m o ponto de entrada de ar varia entre 4 e 6 kpa; de 7
a 10kpa a partir de 6,0 até 8,0m e este é próximo a 100kpa para as amostras de
9,0 e 10,0m;
-
Aumento do grau de saturação de término de entrada de ar com a profundidade
(53% para 93%);
-
É nítida a variação comportamental apresentada nas curvas características.
Observa-se que, a curva característica obtida para a profundidade de 1,0 e 2,0m
são distintas das obtidas para as demais profundidades. A curva característica
de 3,0m é representativa (quanto à forma) das apresentadas de 4,0 a 8,0m;
enquanto que as de 9,0 e 10,0m possuem forma diferenciada, o que certamente
é resultante da microestrutura associada à composição mineralógica.
Segundo Aubertin et al. (1998), citado por Guimarães (2002), o ponto de entrada de ar
deve variar entre 0,2kPa a 1kPa para areias grossas, 1kPa a 3,5kPa nas areias médias, 3,5kPa a
7,5kPa para areias finas, 7kPa a 25kPa em siltes e mais de 25kPa para as argilas. Portanto,
para o perfil de solo estudado o comportamento verificado para as profundidades de 1,0 a
8,0m se aproximaria do correspondente as areias e siltes e, para as profundidades de 9,0 e
10,0m ao das argilas. Considerando-se as distribuições granulométricas apresentadas na
Figura 4.2 observa-se que este comportamento entre 1,0 e 8,0m estaria mais associado a
análise granulométrica sem o uso de defloculante. É possível ainda estimar que ele estaria
86
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mais associado à condição física (presença de macroporos) que a condição química e
mineralógica.
Comparando-se duas curvas características (1,0mG e 1,0mD), na Figura 4.22, obtidas
para uma mesma profundidade, observa-se que embora elas não se sobreponham existe uma
semelhança entre elas, ou seja, a não sobreposição pode estar ligada a eventual
heterogeneidade e repetibilidade do ensaio enquanto que, a semelhança de forma reflete a
mesma distribuição de poros.
A Tabela 4.6 apresenta resultados das análises das curvas características considerandose os pontos especificados na Figura 2.12.
Tabela 4.6- Dados das curvas características para Amostras Indeformadas
(Modificado- Guimarães, 2002).
Profundidade (m)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
e0 EAMA (Kpa)
1,6
4
1,57
6
1,27
5
1,27
5
1,25
6
1,15
5
1,07
4
0,89
10
0,92
x
1,08
x
B0 (Kpa)
6
8
7
13
19
28
x
40
100
83
wB0 (%)
31
30
27
30
28
27
x
32
33,4
37
Sr B0 (%)
53
52
57
63
62
62
x
73
85,6
96
EAMI (Kpa) w EAMI (%) Sr EAMI (%)
530
22
38
1240
18
31
4421
17
35
7117
18
37
6506
19
42
1511
20
46
7176
18
44
1973
17
51
5892
16,25
45
869
25
65
onde:
e0 = índice de vazios inicial;
EAMA = Pressão de entrada de ar dos macroporos;
B0 = Pressão correspondente ao término de entrada de ar nos macroporos;
w B0 = teor de umidade correspondente ao ponto B0;
Sr B0 = saturação correspondente ao ponto B0;
EAMI = pressão de entrada de ar nos microporos;
w EAMI = teor de umidade correspondente ao ponto EAMI;
Sr EAMI = saturação correspondente ao ponto EAMI;
x = não definido.
87
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4.3.2 – Influência do Amolgamento na Curva Característica
Devido ao período excessivamente curto para o desenvolvimento deste trabalho só foi
possível a obtenção de curvas características do solo amolgado para duas profundidades, 1,0 e
9,0m. As mesmas foram estabelecidas visando a melhor avaliação da influência do
amolgamento no solo. Explica-se a adoção destas profundidades por representarem
respectivamente os pontos de maior e menor teor de agregação presente no perfil em estudo, o
que torna possível verificar a influência da agregação e, portanto do intemperismo no
comportamento da curva característica.
Tendo-se como objetivo uma melhor visualização dos resultados, apresenta-se
primeiramente as curvas obtidas para amostras amolgadas (Figura 4.23), considerando-se as
trajetórias de secagem (T.S.) e umedecimento (T.U.) e, posteriormente na Figura 4.24 a
comparação entre os resultados obtidos para as amostras amolgada (A.A.) e indeformada
(A.I.).
10000
2,5
2
1000
0
10000
4,5
4
1000
3,5
3
100
2,5
2
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
20
40
60
80
10
100
Sr (%)
Sr (%)
1,0m- T.U.
100000
5,5
5
Ua-Uw (KPa)
4
3,5
3
pF
5
4,5
pF
6
100000
Ua-Uw (KPa)
6
5,5
9,0 m- T.S.
1,0m - T.S
(a)
9,0m- T.U.
(b)
Figura 4.23- Curvas características do solo amolgado
(a) 1,0m
(b) 9,0m
88
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100000
10000
1000
3
100
2
10
0
100000
10000
4,5
pF
4
Ua-Uw (KPa)
pF
5
6
5,5
5
4
3,5
1000
3
2,5
100
2
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
20
40
Sr (%)
1,0m- A.A.
60
80
Ua-Uw (KPa)
6
10
100
Sr (%)
9,0m- A.A.
1,0m- A.I.
(a)
9,0m- A.I.
(b)
Figura 4.24- Curvas características do solo amolgado (A.A.) e indeformado (A.I.)
(a) 1,0m
(b) 9,0m
A Figura 4.23 (a e b) mostra que para os resultados obtidos não é claro o fenômeno de
histerese.
A figura 4.24(b) não permite colocar em evidência grandes variações nas curvas
características. Para a profundidade de 9,0m isso seria esperado, no entanto para 1,0m de
profundidade o mesmo não ocorre. Na Figura 4.24(a) observa-se uma diferenciação
considerável entre as curvas representativas da amostra amolgada (A.A.) e da amostra
indeformada (A.I.), o que é provavelmente resultante de certa desagregação dos macroporos
no decorrer do processo de amolgamento.
4.3.3 – Influência da Compactação na Curva Característica
Segundo Camapum de Carvalho e Lerouil (2000), nos solos tropicais há possibilidade
de preservação das agregações naturais durante a compactação o que ocasionaria a
persistência da distribuição de poros bimodal.
89
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O objetivo deste item é verificar se a afirmação procede e, em caso positivo, qual a faixa
de atuação em que uma determinada variação da energia de compactação provoca mudança
real na estrutura do solo.
Assim, tendo-se por finalidade um melhor entendimento da influência dos níveis de
energia na curva característica, realizou-se em primeira instância suas determinações em
materiais pertencentes às profundidades de 1,0m, 3,0m, 5,0m, 7,0m e 9,0m sob condição de
compactação equivalente a energia do Proctor normal e, posteriormente, em amostras
coletadas apenas nas profundidades de 1,0m e 9,0m sob condição de compactação equivalente
a energia do Proctor intermediária. A opção pelo primeiro e nono metro, ocorreu por elas
caracterizarem condições extremas no perfil.
Seguindo o esquema de apresentação do sub-ítem anterior, têm-se primeiramente
(Figura 4.25) as curvas características obtidas no procedimento de compactação normal e,
posteriormente no processo de compactação intermediário (Figura 4.27). De posse do
conjunto de resultados há uma base de dados considerável para proceder-se às comparações
entre curvas características (Figuras 4.28 e 4.29), de forma a se obter as informações
pretendidas.
4.3.3.1 – Energia Normal de Compactação
O material coletado nas cinco profundidades trabalhadas foi previamente preparado
(seco ao ar, destorroado e homogeneizado com água destilada) de forma a serem compactados
nos seus respectivos teores de umidade ótima, anteriormente obtidos no ensaio de Minicompactação. Este teor de umidade foi aqui estipulado visando uma aproximação maior com
o que se adota em campo, quando da compactação de uma base ou sub base de solos argilosos
lateríticos, onde representa procedimento prático, a fixação de uma faixa de variação de
umidade, em torno da ótima, para o prosseguimento dos trabalhos de compactação.
A seguir são apresentadas as curvas características representativas do perfil de solo em
estudo, considerando respectivamente as trajetórias de secagem e umedecimento (Figura 4.25
(a e b)).
90
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100000
5
10000
4
1000
3
100
2
0
20
40
60
Ua-Uw (KPa)
pF
6
10
100
80
Sr (%)
1,0m
3,0m
5,0m
7,0m
9,0m
6
100000
5
10000
4
1000
3
100
2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ua-Uw (KPa)
pF
(a)– Energia Normal – Trajetória de Secagem
10
100
Sr (%)
1,0m
3,0m
5,0m
7,0m
9,0m
(b)– Energia Normal – Trajetória de Umedecimento
Figura 4.25- Curvas Características de Amostras Compactadas.
91
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6
100000
5
10000
5
10000
4
1000
4
1000
3
100
3
100
2
20
40
60
80
pF
10
100
2
0
20
40
Sr (%)
80
10
100
Sr (%)
1,0ms
1,0mu
3,0ms
(a) 1,0m
3,0mu
(b) 3,0m
6
100000
6
100000
5
10000
5
10000
4
1000
4
1000
3
100
3
100
2
0
20
40
60
pF
Ua-Uw (KPa)
pF
60
10
100
80
2
0
20
40
Sr (%)
80
10
100
Sr (%)
5,0ms
5,0mu
7,0ms
7,0mu
(d) 7,0m
6
100000
5
10000
4
1000
3
100
2
0
20
40
60
80
Ua-Uw (KPa)
(c) 5,0m
pF
60
Ua-Uw (KPa)
0
Ua-Uw (KPa)
100000
Ua-Uw (KPa)
pF
6
10
100
Sr (%)
9,0ms
9,0mu
(e) 9,0m
Figura 4.26- Comparação entre as trajetórias de secagem e umedecimento- E.N.
92
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Ao proceder-se a comparação entre T.S. e T.U. na Figura 4.26 observa-se que, o
fenômeno da histerese não é marcante para o perfil de solo estudado.
Com relação aos resultados obtidos e apresentados nas Figuras 4.25 (a e b) observa-se
que a distribuição de poros bimodal só tende a persistir para 1,0m de profundidade, onde a
agregação é mais intensa. Para a profundidade de 3,0m, esta distribuição é pouco marcante e,
para as demais profundidades, tanto na secagem (s) como no umedecimento (u), as curvas
características assumem forma de uma distribuição mais homogênea.
É possível observar também, a similiaridade existente entre as curvas características
resultantes do processo de compactação na energia normal, no que se refere às profundidades
de 3,0, 5,0 e 7,0m, o que não ocorre para as curvas características referentes a 1,0m e 9,0m,
que apesar de se distinguirem das curvas dos solos naturais, ainda apresentam características
bastante distintas das demais. Um ponto em comum entre as curvas de 3,0 e 9,0m (T.S) diz
respeito ao ponto de entrada de ar, que é aparentemente semelhante.
Outro aspecto interessante a se destacar é a tendência apresentada por todas as curvas
características de comportamento único até um grau de saturação  20%.
4.3.3.2 – Energia Intermediária de Compactação
A semelhança do subitem 4.3.3.1, a Figura 4.27 apresenta as curvas características
representativas do perfil de solo considerando as trajetórias de secagem e umedecimento.
Comparando-se as curvas características verifica-se que, na energia intermediária as
curvas características para 1,0 e 9,0m são semelhantes e se sobrepõem até 70% de grau de
saturação. A partir daí, a curva T.S. para 1,0m se sobrepõe a T.U. de 9,0m e, a curva T.U.
para 1,0m se sobrepõe a T.S. de 9,0m. Esta alternância não permite caracterizar o
comportamento como de histerese.
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5
10000
4
1000
3
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ua-Uw (KPa)
100000
pF
6
100
100
Sr (%)
1,0m-T.S.
1,0m-T.U.
9,0m- T.S.
9,0m-T.U.
Figura 4.27- Amostras Compactadas- E.I.- Trajetória de Secagem e Umedecimento.
4.3.3.3 – Efeito da Compactação na Curva Característica
As Figuras 4.28 e 4.29 têm por objetivo mostrar o efeito ocasionado pela compactação
na curva característica, em solos sujeitos a graus máximo e mínimo de intemperismo (1,0 e
9,0m). Optou-se por utilizar nestas Figuras apenas os resultados obtidos de acordo com a
trajetória de umedecimento, pois não foi possível a determinação das curvas características
em amostras indeformadas seguindo a trajetória de secagem.
De acordo com a Figura 4.28 percebe-se a aproximação das quatro curvas para níveis de
saturação  20%, o que indica a influência marcante da composição química e mineralógica
do solo. A partir de Sr=20% nota-se que a curva característica do solo natural se distancia das
demais colocando em evidência a influência da porosidade e de sua distribuição na forma das
curvas características. Destaca-se ainda a posição intermediária ocupada pela amostra
amolgada. Com relação às amostras compactadas, observa-se que as curvas se assemelham,
pelo menos para valores de saturação  60%. Tal fato dá a idéia de que após a desestruturação
do solo com a compactação é a natureza química e mineralógica do solo, que prevalece em
detrimento da porosidade, ou seja, o índice de vazios passaria a assumir pouca importância.
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100000
5
10000
4
1000
3
100
2
Ua-Uw (KPa)
pF
6
10
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Sr (%)
1,0m-E.I.
1,0m- E.N.
1,0m-A.A.
1,0m-A.I.
6
100000
5
10000
4
1000
3
100
2
10
20
30
40
50
60
70
80
Ua-Uw (KPa)
pF
Figura 4.28- Curvas características do solo a 1,0m.
10
90 100
Sr (%)
9,0m-E.I.
9,0m- E.N.
9,0m-A.A.
9,0m-A.I.
Figura 4.29- Curvas características do solo a 9,0m.
Na Figura 4.29 nota-se a grande aproximação das quatro curvas até valores de Sr<30%.
A partir daí elas se distanciam.
Como no nono metro de profundidade o percentual de agregação do solo é baixo e a
porosidade menor, as curvas características não mostram diferenças tão consideráveis em
relação ao solo natural quanto no primeiro metro. No entanto, para o solo amolgado e
compactado a diferenciação é maior.
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Quanto à pressão de entrada de ar é aproximadadamente igual a 100kpa, para as curvas
obtidas na condição indeformada e amolgada, e aproximadamente 1000kpa, para as amostras
compactadas. Verifica-se que este ponto de entrada de ar não variou de 1,0m para 9,0m, em
relação as amostras compactadas, o mesmo não ocorrendo em relação as amostras
indeformadas, que apresenta valor aproximadamente igual a 10 kPa.
As Figuras 4.30, 4.31, e 4.32 apresentam a comparação das curvas características
obtidas para o solo natural e compactado na energia normal para as profundidades de 3,0, 5,0
e 7,0m, respectivamente. Estas Figuras mostram que para graus de saturação inferiores aos de
entrada de ar dos microporos no solo natural, as curvas características são coincidentes e para
graus de saturação maiores, elas se diferenciam bastante colocando em evidência a
importância da distribuição de poros na análise da curva característica e na avaliação da
6
100000
5
10000
4
1000
3
100
2
10
1
1
0
0
20
40
60
80
Ua-Uw (KPa)
pF
influência da sucção no comportamento do solo.
0,1
100
Sr (%)
3,0 m- A.I.
3,0m- E.N.
Figura 4.30- Amostra Indeformada versus Amostra Compactada - 3,0m.
Ainda em relação às amostras compactadas, as pressões de entrada de ar variaram nas
faixas mostradas na Tabela 4.7.
96
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100000
5
10000
4
1000
3
100
2
10
1
1
0
0
20
40
60
Ua-Uw (KPa)
pF
6
0,1
100
80
Sr (%)
5,0m- A.I.
5,0m- E.N.
6
100000
5
10000
4
1000
3
100
2
10
1
1
0
0
20
40
60
80
Ua-Uw (KPa)
pF
Figura 4.31- Amostra Indeformada versus Amostra Compactada- 5,0m.
0,1
100
Sr (%)
7,0 m- A.I.
7,0m- E.N.
Figura 4.32- Amostra Indeformada versus Amostra Compactada- 7,0m.
Tabela 4.7 – Pontos de entrada de ar representativos das curvas características obtidas.
Profundidade
1,0 m
3,0 m
5,0 m
7,0 m
9,0 m
CCI
PEA CCI
2,22
1,67
1,79
1,77
2,98
Sr (%)
77
79,50
76,1
81,43
85,63
CCN
PEA CCN Sr (%)
4,66
58,5
4,7
82
4,2
93,1
4,36
87,34
4,23
68,73
97
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onde:
CCI = curva característica obtida a partir da amostra indeformada;
CCN = curva característica obtida a partir da amostra compactada na energia normal;
PEA CCI = pressão de entrada de ar da CCI;
PEA CCN = pressão de entrada de ar da CCN.
4.3.4 – Transformação da Curva Característica
Segundo Camapum de Carvalho e Lerouil (2000) o valor da saturação residual dos
macroporos constitui um ponto importante na curva característica, pois a partir daí a sucção
aumenta consideravelmente. A partir deste ponto verifica-se uma certa linearidade, que
apresenta grande importância na ligação com o estado e comportamento dos solos. No
entanto, o índice de vazios que não é considerado na curva característica, muito embora
defina sua forma, represente parâmetro essencial, sendo então necessário uma ligação deste
parâmetro com o estado real do solo.
Ainda segundo os autores, ao se solicitar um solo, reduz-se o índice de vazios mudando
assim a curva característica. Na maioria dos casos, a variação do índice de vazios impõe ao
solo variações do grau de saturação conduzindo-o a se deslocar sobre uma nova curva
característica representativa do novo índice de vazios. Para tensões externas ou devido ao
peso próprio, solos saturados submetidos a um aumento de sucção ou um solo seco submetido
à redução de sucção podem respectivamente apresentar uma redução ou aumento do índice de
vazios. Porém, para um dado índice de vazios tem-se para cada solo uma curva característica
única a menos que intervenham fatores outros como diferenças estruturais, quebra de
cimentações com variação da distribuição de poros ou o fenômeno da histerese propriamente
dito.
Baseando-se neste fenômeno eles propuseram um modelo de transformação da curva
característica que é muito importante do ponto de vista prático, pois conhecendo a curva
característica de um solo é possível determinar a sua sucção para índices de vazios diferentes
sem que haja a necessidade de se medir as variações de sucção no solo. Este modelo permite a
obtenção de uma curva característica única representativa de diferentes índices de vazios para
a mesma distribuição de poros. Visando a análise dos solos estudados utiliza-se este modelo
98
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de transformação da curva característica para verificar-se a tendência comportamental dos
mesmos.
São apresentadas a seguir apenas as curvas obtidas de acordo com a trajetória de
umedecimento.
Guimarães (2002) mostrou que, a partir da transformação da curva característica do
perfil de solo natural verifica-se uma boa relação das famílias de curvas características,
apresentando um coeficiente de correlação linear em torno de 0,9. O referido autor em
concordância com o observado por Camapum de Carvalho e Leroeuil (2000) comprovou
então, a importância de se levar em conta às características dos solos na definição e aplicação
das curvas características, e que a transformação só é válida para uma determinada
distribuição de poros.
De forma a analisar a validade do modelo para os solos compactados e amolgados
apresenta-se a seguir, os resultados obtidos para o solo natural (Figura 4.33), amolgado
(Figura 4.34), compactado na energia normal (Figura 4.35) e compactado na energia
intermediária (Figura 4.36).
3,0 m
5,0m
7,0 m
9,0 m
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1,0m
10000000
100000
10
epF
1000
Ua-Uw (kPa)
pF
1,0 m
0,1
Sr (%)
5,0m
7,0m
9,0m
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
3,0m
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Sr (%)
(a)
(b)
Figura 4.33- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características das Amostras Indeformadas
(b) Curvas Características Transformadas das Amostras Indeformadas
99
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9,0m
1000000
7
6
100000
6
5
10000
4
1000
3
100
2
10
0
20
40
60
80
epF
7
Ua-Uw (kPa)
pF
1,0m
1,0m
9,0m
40
60
5
4
3
2
100
0
Sr (%)
20
80
100
Sr (%)
(a)
(b)
Figura 4.34- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características das Amostras Amolgadas
(b) Curvas Características Transformadas das Amostras Amolgadas
A dispersão das curvas características transformadas apresentadas na Figura 4.33 é
discutida por Camapum de Carvalho et al. (2002) que mostraram a necessidade de se ponderar
a distribuição de poros nos valores de índice de vazios, o que conduz a uma maior
proximidade das curvas. Não se pretende no entanto, que elas sejam coincidentes pois a
química e a mineralogia variam ao longo do perfil.
Os maiores valores de sucção transformada obtidos para a amostra oriunda de 1,0m de
profundidade e amolgada em relação aos valores obtidos para 9,0m, colocam em evidência
uma eventual influência do teor de matéria orgânica, o que merece comprovação a partir de
estudos complementares para outros solos.
As curvas características transformadas das Figuras 4.35 e 4.36 tendem a confirmar
esta observação ao colocar em evidência maiores valores de sucção para a profundidade de
1,0m.
100
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1,0m
3,0m
5,0m
7,0m
100000
5,0
10000
4,5
4,0
0
20
40
60
80
3,0m
5,0m
7,0m
9,0m
3,5
e x pF
5,5
pF
1,0m
4
Ua-Uw (kPa)
6,0
9,0m
3
2,5
1000
100
2
0
20
Sr(%)
40
60
80
100
Sr (%)
(a)
(b)
Figura 4.35- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características das Amostras Compactadas (E.N.)
(b) Curvas Características Transformadas das Amostras Compactadas (E.N.)
1,0m
9,0m
6
1,0m
9,0m
40
60
4
10000
4,5
1000
4
3,5
3
0
20
40
60
80
100
100
3,5
epF
pF
5
Ua-Uw (kPa)
5,5
3
2,5
2
0
20
80
100
Sr (%)
Sr (%)
(a)
(b)
Figura 4.36- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características de Amostras Compactadas (E.I.)
(b) Curvas Características Transformadas de Amostras Compactadas (E.I.)
101
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1,0m-A.I
1,0m-A.A
1,0m-E.N
1,0m-E.I.
9,0m-A.I
9,0m-A.A.
9,0m-E.N
9,0m-E.I.
8
7
epF
6
5
4
3
2
1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
Sr (%)
Figura 4.37- Comparação entre as curvas características transformadas em 1,0 e 9,0m.
A Figura 4.37 põe em evidência a importância do processo de alteração e da
mineralogia refletindo no comportamento das curvas características transformadas. Observase que, as diferenças se apresentam bem mais acentuadas ao comparar-se a curva
transformada de 1,0m (A.I) em relação as demais de igual profundidade, que a apresentada
em 9,0m ao comparar-se a (A.I) as demais de mesma profundidade. Pode-se ainda verificar a
tendência a comportamento único apresentada pelas curvas características transformadas à
medida que se aumenta a energia de compactação aplicada, pois observa-se que as curvas
1,0m (E.I) e 9,0m (E.I) são coincidentes.
A título de exemplificação, a Figura 4.38 mostra para o solo compactado na energia
normal, a transformação da curva característica pF x Sr, no trecho mais linearizado, onde
teoricamente neste trecho a distribuição de poros é homogênea.
102
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1,0m
(EN)
3,0m
4,5
5,0m
7,0m
4
epF
9,0m
y = -0,0138x +3,8354
R2 = 0,9351
3,5
y = -0,0123x +4,007
R2 = 0,9468
3
y = -0,0079x +3,5349
R2 = 0,9776
2,5
0
20
40
60
80
Sr (%)
100
y = -0,0101x +3,6561
R2 = 0,952
y = -0,0198x +4,4726
R2 = 0,9714
Figura 4.38- Curvas Características Transformadas representativas do perfil de solo
(Compactadas- Energia Normal).
Os resultados obtidos na Figura 4.38 apontam para a aplicabilidade do modelo de
transformação da curva característica ao estudo dos solos compactados. A Figura mostra
ainda que o método permite agrupar profundidades de comportamento semelhante.
A sua aplicação as demais curvas características obtidas (AA , AI. e E.I) forneceram
coeficientes de correlação entre 0,92 e 0,97; o que, mais uma vez aponta para a validade do
modelo proposto por Camapum de Carvalho e Leroueil (2000).
Deve-se destacar ainda que, as equações acima apresentadas só são válidas para os
trechos de saturação considerados e para o solo em estudo, pois em outra circunstância a
curva pode apresentar outro comportamento.
103
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4.3.5- Índice de Vazios (e)
Este sub-ítem têm o intuito de esclarecer algumas correções feitas com relação ao índice
de vazios obtido após medição da sucção, este índice de vazios corrigido foi usado no traçado
das curvas características anteriormente apresentadas.
Devido à possibilidade de erros no procedimento da balança hidrostática realizou-se
também medições com o uso do paquímetro (3 medidas, de onde retirou-se uma média).
Fazendo-se uso destes dois valores, plotou-se ebalança (eb) versus epaquímetro (ep) , de forma
a verificar se algum dos pontos fugia a tendência. Embora os valores obtidos tenham sido
bastante próximos, percebe-se em alguns casos uma dispersão ocasionada por erro de ensaio
ou medida. Em alguns pontos o erro apresenta-se bem visível, mesmo durante a realização do
ensaio. Esta correção foi feita através da consideração do índice de vazios obtido pela balança
e, em outros casos, através da consideração da média entre os índices de vazios obtidos pelo
paquímetro. Foram usados os dois métodos de correção, pois em alguns corpos de prova
ocorreu entrada de água durante a obtenção do peso submerso. Assim, não sendo possível a
total verificação através da plotagem da curva anteriormente citada. Também devido à perda
destes pontos, deu-se preferência a utilização do índice de vazios calculado através das
0,645
0,645
0,640
0,640
0,635
0,635
0,630
0,630
ep
ep
medições do paquímetro.
0,625
0,625
0,620
0,620
0,615
0,60
0,615
0,610
0,61
0,62
0,63
0,64
0,6
eb
0,61
0,62
eb
0,63
0,64
Figura 4.39- Correção de índices de vazios.
104
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Como demonstrado anteriormente, a correção consta basicamente de um ajuste nos
pontos que estão fugindo a tendência apresentada. Posteriormente verifica-se a tendência uauw (kPa) versus ec (índice de vazios corrigidos) de forma a verificar se os dois índices de
vazios obtidos não estariam incorretos, pois se algum ponto apresenta dispersão significa que
os dois valores se encontram com problema; assim deve-se proceder à correção através de
uma média aritmética dos outros pontos obtidos. No entanto, não foi necessário tal nível de
correção, pois para a grande maioria dos pontos, a correção necessária foi atendida a partir da
média aritmética, encaixando-os na tendência apresentada ou mesmo corrigindo valores de
índice de vazios que fugiam totalmente aos outros obtidos.
105
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4.1.2.2- Micromorfologia
De forma a permitir o melhor entendimento das discussões relacionadas à
microestrutura do perfil de solo estudado, as Figuras 4.10 a 4.12, 4.13 e 4.14 e 4.15
apresentam respectivamente as imagens obtidas para as profundidades de 1,0m, 5,0m e 9,0m.
Figura 4.10- Microscopia de varredura na profundidade de 1,0m e com ampliação de 500x
Figura 4.11- Microscopia de varredura na profundidade de 1,0m e com ampliação de 3.000x
73
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Figura 4.12- Microscopia de varredura na profundidade de 1,0m e com ampliação de 10.000x
Figura 4.13- Microscopia de varredura na profundidade de 5,0m e com ampliação de 500x
74
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Figura 4.14- Microscopia de varredura na profundidade de 9,0m e com ampliação de 500x
Figura 4.15- Microscopia de varredura na profundidade de 9,0m e com ampliação de 3.000x
O perfil de solo estudado é constituído por uma camada intemperizada até 8,0m de
profundidade e de 8,0m a 10,0m tem-se a transição para o saprólito. Até 3,0m de
profundidade solo apresenta propriedades físico-químicas e mineralógicas semelhantes o
mesmo se dando com a micro-estrutura. As Figuras 4.10 a 4.12 ilustram esta situação com
75
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imagens obtidas para a profundidade de 1,0m. Nesta camada, observa-se a presença de
agregados e entre eles a existência de macroporos. A Figura 4.12 mostra ainda que mesmo
nos agregados podem ocorrer poros de tamanho importante. Esta quantidade de agregados e
macroporos tente a diminuir a partir dos 3,0m de profundidade. A Figura 4.13 ilustra esta
condição para a profundidade de 5,0m. Já na transição os macroporos e microporos dão lugar
a uma distribuição de poros mais homogênea (Figuras 4.14 e 4.15).
4.1.3 – Características Químicas
A Tabela 4.3 e a Figura 4.16 apresentam os resultados das análises químicas realizadas
no perfil do solo em estudo no decorrer desta pesquisa.
Tabela 4.3- Composição Química dos solos no Campo Experimental da UnB.
Complexo Sortido
1,0m
2,0m
3,0m
4,0m
5,0 m
6,0m
7,0 m
8,0 m
Ca+Mg
Ca
Mg
K
Na
S
Al
Acidez Total H+Al
C.T.C.
% Al
%V
C (g/Kg)
MO (g/Kg)
pH em água
pH em KCl 1N
0,83
0,7
0,13
0,03
0,03
0,89
0,1
3,2
4,09
10
22
8,5
14,6
5,7
5,1
0,42
0,3
0,12
0,15
0,04
0,61
0
2,5
3,11
0
20
4
6,9
5,7
6,1
0,28
0,2
0,08
0,03
0,03
0,34
0
2,5
2,84
0
12
4
6,9
5,7
6,4
0,38
0,3
0,08
0,15
0,04
0,57
0
2,4
2,97
0
19
3
5,2
5,7
6,3
0,3
0,2
0,1
0,03
0,03
0,36
0
2,5
2,86
0
13
4
6,9
5,6
5,8
0,38
0,3
0,08
0,17
0,05
0,6
0
3,2
3,8
0
16
4
6,9
5,4
4,8
0,49
0,4
0,09
0,03
0,04
0,56
1
3,7
4,26
64
13
2
3,4
5,5
4,1
0,28
0,2
0,08
0,15
0,04
0,47
2,2
5
5,47
82
9
3
5,2
5,5
3,9
9,0m 10,0 m
0,28
0,2
0,08
0,12
0,04
0,44
5,5
10,5
10,94
93
4
3
5,2
5,5
3,8
0,28
0,2
0,08
0,06
0,04
0,38
5,8
9
9,38
94
4
4
6,9
4,8
3,5
76
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100000
5
10000
4
1000
3
100
2
10
1
1
0
0
20
40
60
80
Ua-Uw (KPa)
pF
6
0,1
100
Sr (%)
5,0m- A.I.
5,0m- E.N.
6
100000
5
10000
4
1000
3
100
2
10
1
1
0
0
20
40
60
80
Ua-Uw (KPa)
pF
Figura 4.31- Amostra Indeformada versus Amostra Compactada- 5,0m.
0,1
100
Sr (%)
7,0 m- A.I.
7,0m- E.N.
Figura 4.32- Amostra Indeformada versus Amostra Compactada- 7,0m.
Tabela 4.7 – Pontos de entrada de ar representativos das curvas características obtidas
Profundidade
1,0 m
3,0 m
5,0 m
7,0 m
9,0 m
CCI
PEA CCI
2,22
1,67
1,79
1,77
2,98
Sr (%)
77
79,50
76,1
81,43
85,63
CCN
PEA CCN Sr (%)
4,66
58,5
4,7
82
4,2
93,1
4,36
87,34
4,23
68,73
97
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onde:
CCI = curva característica obtida a partir da amostra indeformada;
CCN = curva característica obtida a partir da amostra compactada na energia normal;
PEA CCI = pressão de entrada de ar da CCI;
PEA CCN = pressão de entrada de ar da CCN.
4.3.4 – Transformação da Curva Característica
Segundo Camapum de Carvalho e Lerouil (2000) o valor da saturação residual dos
macroporos constitui um ponto importante na curva característica, pois a partir daí a sucção
aumenta consideravelmente. A partir deste ponto verifica-se uma certa linearidade, que
apresenta grande importância na ligação com o estado e comportamento dos solos. No
entanto, o índice de vazios que não é considerado na curva característica, muito embora
defina sua forma, represente parâmetro essencial, sendo então necessário uma ligação deste
parâmetro com o estado real do solo.
Ainda segundo os autores, ao se solicitar um solo, reduz-se o índice de vazios mudando
assim a curva característica. Na maioria dos casos, a variação do índice de vazios impõe ao
solo variações do grau de saturação conduzindo-o a se deslocar sobre uma nova curva
característica representativa do novo índice de vazios. Para tensões externas ou devido ao
peso próprio, solos saturados submetidos a um aumento de sucção ou um solo seco submetido
à redução de sucção podem respectivamente apresentar uma redução ou aumento do índice de
vazios. Porém, para um dado índice de vazios tem-se para cada solo uma curva característica
única a menos que intervenham fatores outros como diferenças estruturais, quebra de
cimentações com variação da distribuição de poros ou o fenômeno da histerese propriamente
dito.
Baseando-se neste fenômeno eles propuseram um modelo de transformação da curva
característica que é muito importante do ponto de vista prático, pois conhecendo a curva
característica de um solo é possível determinar a sua sucção para índices de vazios diferentes
sem que haja a necessidade de se medir as variações de sucção no solo. Este modelo permite a
obtenção de uma curva característica única representativa de diferentes índices de vazios para
98
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a mesma distribuição de poros. Visando a análise dos solos estudados utiliza-se este modelo
de transformação da curva característica para verificar-se a tendência comportamental dos
mesmos.
São apresentadas a seguir apenas as curvas obtidas de acordo com a trajetória de
umedecimento.
Guimarães (2002) mostrou que, a partir da transformação da curva característica do
perfil de solo natural verifica-se uma boa relação das famílias de curvas características,
apresentando um coeficiente de correlação linear em torno de 0,9. O referido autor em
concordância com o observado por Camapum de Carvalho e Leroeuil (2000) comprovou
então, a importância de se levar em conta às características dos solos na definição e aplicação
das curvas características, e que a transformação só é válida para uma determinada
distribuição de poros.
De forma a analisar a validade do modelo para os solos compactados e amolgados
apresenta-se a seguir, os resultados obtidos para o solo natural (Figura 4.33), amolgado
(Figura 4.34), compactado na energia normal (Figura 4.35) e compactado na energia
intermediária (Figura 4.36).
3,0 m
5,0m
7,0 m
1,0m
9,0 m
8
7
6
5
4
3
2
1
0
10000000
1000
10
0,1
epF
100000
Ua-Uw (kPa)
pF
1,0 m
3,0m
5,0m
7,0m
9,0m
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Sr (%)
Sr (%)
(a)
(b)
Figura 4.33- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características das Amostras Indeformadas
(b) Curvas Características Transformadas das Amostras Indeformadas
99
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9,0m
7
1000000
7
6
100000
6
5
10000
4
1000
3
100
2
0
20
40
60
80
epF
Ua-Uw (kPa)
pF
1,0m
1,0m
9,0m
40
60
5
4
3
10
100
2
0
Sr (%)
20
80
100
Sr (%)
(a)
(b)
Figura 4.34- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características das Amostras Amolgadas
(b) Curvas Características Transformadas das Amostras Amolgadas
A dispersão das curvas características transformadas apresentadas na Figura 4.33 é
discutida por Camapum de Carvalho et al. (2002) que mostraram a necessidade de se ponderar
a distribuição de poros nos valores de índice de vazios, o que conduz a uma maior
proximidade das curvas. Não se pretende no entanto, que elas sejam coincidentes pois a
química e a mineralogia variam ao longo do perfil.
Os maiores valores de sucção transformada obtidos para a amostra oriunda de 1,0m de
profundidade e amolgada em relação aos valores obtidos para 9,0m, colocam em evidência
uma eventual influência do teor de matéria orgânica, o que merece comprovação a partir de
estudos complementares para outros solos.
As curvas características transformadas das Figuras 4.35 e 4.36 tendem a confirmar
esta observação ao colocar em evidência maiores valores de sucção para a profundidade de
1,0m.
100
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1,0m
3,0m
5,0m
7,0m
100000
5,0
10000
4,5
4,0
0
20
40
60
80
5,0m
7,0m
9,0m
3,5
e x pF
pF
5,5
3,0m
4
Ua-Uw (kPa)
6,0
1,0m
9,0m
3
2,5
2
1000
100
0
20
40
60
80
100
Sr (%)
Sr(%)
(a)
(b)
Figura 4.35- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características das Amostras Compactadas (E.N.)
(b) Curvas Características Transformadas das Amostras Compactadas (E.N.)
1,0m
9,0m
6
10000
1,0m
9,0m
40
60
4
5,5
1000
4
3,5
3
0
20
40
60
80
epF
4,5
3,5
Ua-Uw (kPa)
pF
5
3
2,5
100
100
2
0
Sr (%)
20
80
100
Sr (%)
(a)
(b)
Figura 4.36- Curvas Características em diferentes profundidades
(a) Curvas Características de Amostras Compactadas (E.I.)
(b) Curvas Características Transformadas de Amostras Compactadas (E.I.)
101
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1,0m-A.I
1,0m-A.A
1,0m-E.N
1,0m-E.I.
9,0m-A.I
9,0m-A.A.
9,0m-E.N
9,0m-E.I.
8
7
6
epF
5
4
3
2
1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Sr (%)
Figura 4.37- Comparação entre as curvas características transformadas em 1,0 e 9,0m
A Figura 4.37 põe em evidência a importância do processo de alteração e da
mineralogia refletindo no comportamento das curvas características transformadas. Observase que, as diferenças se apresentam bem mais acentuadas ao comparar-se a curva
transformada de 1,0m (A.I) em relação as demais de igual profundidade, que a apresentada
em 9,0m ao comparar-se a (A.I) as demais de mesma profundidade. Pode-se ainda verificar a
tendência a comportamento único apresentada pelas curvas características transformadas à
medida que se aumenta a energia de compactação aplicada, pois observa-se que as curvas
1,0m (E.I) e 9,0m (E.I) são coincidentes.
A título de exemplificação, a Figura 4.38 mostra para o solo compactado na energia
normal, a transformação da curva característica pF x Sr, no trecho mais linearizado, onde
teoricamente neste trecho a distribuição de poros é homogênea.
102
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1,0m
(EN)
3,0m
5,0m
4,5
7,0m
epF
4
9,0m
y = -0,0138x + 3,8354
R 2 = 0,9351
3,5
y = -0,0123x + 4,007
R 2 = 0,9468
3
y = -0,0079x + 3,5349
R 2 = 0,9776
2,5
0
20
40
60
80
Sr (%)
100
y = -0,0101x + 3,6561
R 2 = 0,952
y = -0,0198x + 4,4726
R 2 = 0,9714
Figura 4.38- Curvas características Transformadas representativas do perfil de solo
(Compactadas- Energia Normal)
Os resultados obtidos na Figura 4.38 apontam para a aplicabilidade do modelo de
transformação da curva característica ao estudo dos solos compactados. A Figura mostra
ainda que o método permite agrupar profundidades de comportamento semelhante.
A sua aplicação as demais curvas características obtidas (AA , AI. e E.I) forneceram
coeficientes de correlação entre 0,92 e 0,97; o que, mais uma vez aponta para a validade do
modelo proposto por Camapum de Carvalho e Leroueil (2000).
Deve-se destacar ainda que, as equações acima apresentadas só são válidas para os
trechos de saturação considerados e para o solo em estudo, pois em outra circunstância a
curva pode apresentar outro comportamento.
103
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4.3.5- Índice de Vazios (e)
Este sub-ítem têm o intuito de esclarecer algumas correções feitas com relação ao índice
de vazios obtido após medição da sucção, este índice de vazios corrigido foi usado no traçado
das curvas características anteriormente apresentadas.
Devido à possibilidade de erros no procedimento da balança hidrostática realizou-se
também medições com o uso do paquímetro (3 medidas, de onde retirou-se uma média).
Fazendo-se uso destes dois valores, plotou-se ebalança (eb) versus epaquímetro (ep) , de forma
a verificar se algum dos pontos fugia a tendência. Embora os valores obtidos tenham sido
bastante próximos, percebe-se em alguns casos uma dispersão ocasionada por erro de ensaio
ou medida. Em alguns pontos o erro apresenta-se bem visível, mesmo durante a realização do
ensaio. Esta correção foi feita através da consideração do índice de vazios obtido pela balança
e, em outros casos, através da consideração da média entre os índices de vazios obtidos pelo
paquímetro. Foram usados os dois métodos de correção, pois em alguns corpos de prova
ocorreu entrada de água durante a obtenção do peso submerso. Assim, não sendo possível a
total verificação através da plotagem da curva anteriormente citada. Também devido à perda
destes pontos, deu-se preferência a utilização do índice de vazios calculado através das
medições do paquímetro.
Deve-se destacar que esta correção de índice de vazios só se fez necessária para alguns
pontos isolados, nos solos compactados. A seguir apresenta-se uma exemplificação deste
0,645
0,645
0,640
0,640
0,635
0,635
0,630
0,630
ep
ep
procedimento de correção (Figura 4.39).
0,625
0,625
0,620
0,620
0,615
0,60
0,615
0,610
0,61
0,62
0,63
0,64
0,6
eb
0,61
0,62
eb
0,63
0,64
Figura 4.39- Correção de índices de vazios
104
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Como demonstrado anteriormente, a correção consta basicamente de um ajuste nos
pontos que estão fugindo a tendência apresentada. Posteriormente verifica-se a tendência uauw (kPa) versus ec (índice de vazios corrigidos) de forma a verificar se os dois índices de
vazios obtidos não estariam incorretos, pois se algum ponto apresenta dispersão significa que
os dois valores se encontram com problema; assim deve-se proceder à correção através de
uma média aritmética dos outros pontos obtidos. No entanto, não foi necessário tal nível de
correção, pois para a grande maioria dos pontos, a correção necessária foi atendida a partir da
média aritmética, encaixando-os na tendência apresentada ou mesmo corrigindo valores de
índice de vazios que fugiam totalmente aos outros obtidos.
105
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4.4 – INFLUÊNCIA DA UMIDADE E ENEGIA DE COMPACTAÇÃO NA SUCÇÃO E
COMPORTAMENTO DO SOLO
Este item é composto pela junção de 4 tipos de ensaio laboratoriais, que têm por
finalidade efetuar uma associação entre os parâmetros sucção e resistência.
Primeiramente foi executado o procedimento de Mini-compactação visando a
preparação dos corpos de prova, posteriormente submetidos à medição da sucção através do
método do papel filtro. Após as pesagens do papel filtro, efetuou-se também a pesagem de
cada corpo de prova e, a medição do parâmetro resistência. Este sendo determinado por meio
dos ensaios de Mini-CBR e Cone. Retirados da prensa foram obtidos seus pesos específicos
aparentes através do ensaio da balança hidrostática e, também seus respectivos teores de
umidade, com o auxílio da estufa.
A seguir apresenta-se o detalhamento de cada etapa com seus respectivos resultados.
4.4.1 – Mini- Compactação
O procedimento de Mini-Compactação foi executado sob diferentes energias, através da
variação do número de golpes aplicados com o soquete de peso igual a 2270g. Foram usadas 5
faixas de umidade de compactação para as 5 profundidades trabalhadas. De acordo com as
curvas de compactação obtidas no item 4.1.2 (Figuras 4.17 a 4.21) foi estipulada uma
variação de  3% em relação à umidade ótima (wót) e, intervalos mais ou menos regulares
acima e abaixo do ponto equivalente ao peso específico máximo. Esta faixa de variação de
pesos específicos sendo definida a partir das curvas de compactação anteriormente citadas.
A Tabela 4.8 e as Figuras 4.40 a 4.44 dão uma idéia geral das faixas de valores
consideradas. No entanto, no apêndice A (Tabela A.1 a A.5) podem ser encontrados maiores
detalhes.
106
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Tabela 4.8 – Parâmetros relativos a Mini-Compactação
Profundidade
1,0 m
3,0 m
5,0 m
7,0 m
9,0 m
W est (%)
16
19
22
25
28
18
21
24
27
30
16
19
22
25
28
18
21
24
27
30
16
19
22
25
28
3
 est (KN/m )
12,84 - 18,84
13,18 - 17,75
13,18 - 17,47
13,53 - 17,64
14,34 - 18,35
W obt (%)
16,49
19
21,98
24,9
28,07
18,07
21,29
24,05
26,99
30,47
16,43
19,06
21,84
25,41
28,16
18,5
20,59
24,31
26,66
29,83
16,01
18,83
22,07
25,22
27,52
3
 obt (KN/m )
13,45 - 17,77
12,71 - 17,15
12,59 - 15,90
13,85 - 15,7
14,49 - 15,30
12,74 - 17,51
12,76 - 17,02
13,53 - 16,02
13,38 - 15,42
14,66 - 14,80
14,11 - 16,12
13,85 - 17,69
12,69 - 16,64
13,82 - 15,97
14,49 - 15,39
13,29 - 17
14,36 - 17,07
13,42 - 16,33
14,04 - 15,88
14,36 - 15,22
14,67 - 17,01
14,63 - 17,60
13,87 - 16,92
14,50 - 16,48
15,33 - 15,71
A Tabela 4.8 apresenta para cada profundidade, o teor de umidade estipulado
inicialmente (west), a umidade de compactação obtida após homogeneização das amostras
(wobt), a variação de pesos específicos estipuladas (est) , assim como a variação obtida (obt).
Esta tabela têm o intuito de resumir o procedimento adotado. No entanto, nas Tabelas A.1 a
A.5, além dos valores de umidade e peso específico estipulados apresenta-se também o
número de golpes aplicados (N), número do corpo de prova compactado e um desdobramento
do peso específico obtido em dois valores: Peso específico utilizando o paquímetro (obt (p)) e
a balança hidrostática (obt (b)). Para efeito de cálculo preferiu-se utilizar o obt (p), pois alguns
pontos apresentaram problemas durante a pesagem submersa.
Conforme mostrado na Tabela 4.8, para algumas umidades de compactação, a faixa do
peso específico obtido foi bem próxima da pretendida, mas em outros casos não foi possível
compactar muito além do ponto representativo da massa específica aparente seca máxima. Tal
107
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fato é explicado pela organização estrutural do solo, que de acordo com os componentes
mineralógicos, químicos e estruturais que o compõe, apresenta maior ou menor possibilidade
de compactação. Nota-se que o ponto com menor variação de peso específico corresponde à
profundidade de 9,0m, compactado com w = 28%, muito embora estas faixas tenham se
apresentado mais estreitas em todos os pontos mais úmidos.
È importante destacar que foram compactados dois corpos de prova com a mesma
energia, um deles destinado ao ensaio de Mini-CBR e, o outro ao de Cone. As figuras 4.40 a
4.44 têm por finalidade localizar os mesmos, tanto em relação à umidade de compactação
como em relação ao peso específico obtido. As curvas de compactação apresentadas foram
obtidas para as energias normal e intermediária.
 d (kN/m 3)
E.N.
w = 16 %
w = 22 %
w = 28 %
E.I.
w =19%
w ót=25%
18,4
18,0
17,6
17,2
16,8
16,4
16,0
15,6
15,2
14,8
14,4
14,0
13,6
13,2
12,8
12,4
16
18
20
22
24
w (%)
26
28
30
32
Figura 4.40– Localização dos pontos em relação à Curva de Compactação
(1,0 m).
108
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 d (kN/m 3)
E.N.
w = 18%
w = 24 %
w = 30 %
E.I.
w = 21 %
w ót = 27 %
18,1
17,7
17,3
16,9
16,5
16,1
15,7
15,3
14,9
14,5
14,1
13,7
13,3
12,9
12,5
16
18
20
22
24
26 28
w (%)
30
32
34
36
Figura 4.41– Localização dos pontos em relação à Curva de Compactação
(3,0m).
3
d (kN/m )
E.N.
w = 16%
w = 22%
w = 28 %
E.I.
w = 19%
w ót = 25%
17,9
17,5
17,1
16,7
16,3
15,9
15,5
15,1
14,7
14,3
13,9
13,5
13,1
12,7
12,3
11,9
11,5
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
w (%)
Figura 4.42– Localização dos pontos em relação à Curva de Compactação
(5,0m).
109
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 d (kN/m 3)
E.N.
w = 18%
w = 24%
w = 30%
E.I.
w = 21%
w ót = 27%
17,3
16,9
16,5
16,1
15,7
15,3
14,9
14,5
14,1
13,7
13,3
12,9
12,5
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
w (%)
Figura 4.43– Localização dos pontos em relação à Curva de Compactação
(7,0m).
d (kN/m 3)
E.N.
w = 16%
w = 22%
w = 28%
E.I.
w = 19%
w ót = 25%
17,9
17,5
17,1
16,7
16,3
15,9
15,5
15,1
14,7
14,3
13,9
13,5
15
17
19 21
23
25
27
29
31 33
35
37
w (%)
Figura 4.44– Localização dos pontos em relação à Curva de Compactação
(9,0m).
110
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4.4.2– Sucção
Como descrito no Capítulo 3, a medição da sucção foi realizada pelo método do papel
filtro, com a finalidade de obter seu valor para cada corpo de prova anteriormente compactado
e a ser submetido a ensaio de Mini-CBR e Cone. A determinação destes parâmetros foi feita
com o intuito de se verificar o efeito da umidade e energia de compactação nos valores de
sucção obtidos.
Foi ensaiada uma grande quantidade de corpos de prova, assim optou-se pela
apresentação dos resultados apenas através de gráficos, posteriormente mostrados, de forma a
tornar mais clara a interpretação dos dados.
O objetivo aqui proposto se relaciona ao estudo dos parâmetros que influenciam de
forma efetiva na sucção e, como os mesmos vão modificar o comportamento mecânico do
solo em termos de resistência, o que constitui uma preocupação na área da pavimentação. Os
subitens de 4.4.2.1 a 4.4.2.3 fornecem subsídios, em termos de perfil do solo trabalhado, para
considerações importantes em termos comportamentais.
4.4.2.1 – Influência da Umidade na Sucção
A Figura 4.45 mostra os gráficos de umidade (wcomp-wperda) versus sucção (pF),
onde a umidade utilizada é a diferença entre a da compactação e a perda ocorrida do corpo de
prova para o papel filtro ao final do ensaio de sucção.
111
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19%
22%
25%
28%
10000
4
ua-uw (kPa)
pF
4,5
1000
3,5
3
21%
100
4
1000
3
100
2
10
14 16 18 20 22 24 26 28 30
w com p-w perda(%)
(a) 1,0m
22%
30%
10000
w com p-w perda (%)
19%
27%
5
12 14 16 18 20 22 24 26 28
16%
24%
pF
5
18%
ua-uw (kPa)
16%
(b) 3,0m
25%
18%
28%
5
21%
24%
27%
30%
5
10000
10000
3
16
18
20
22
24
26
3
28
100
16
w com p-w perda(%)
(c)
18
20
22
26
28
w com p-w perda(%)
5,0m
(d) 7,0m
16%
19%
22%
25%
28%
10000
5
4,5
pF
24
4
1000
3,5
3
ua-uw (kPa)
14
1000
3,5
100
12
4
ua-uw (kPa)
1000
pF
4
ua-uw (kPa)
pF
4,5
100
12 14 16 18 20 22 24 26 28
w com p-w perda (%)
(e) 9,0m
Figura 4.45 – Curvas Sucção (pF) versus umidade (w).
112
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A tendência de queda da sucção com a umidade de compactação, para todas as
profundidades trabalhadas, é nitidamente observada na Figura 4.44. A faixa de variação da
sucção apresenta um aumento do primeiro para o terceiro metro e, a partir daí, um decréscimo
até o nono metro. Estas variações podem estar associadas ao teor e estabilidade dos agregados
diante do esforço de compactação.
De maneira a melhor avaliar-se a variação da sucção fez-se necessário o
desdobramento da Figura 4.45 (pF versus w), e a incorporação do índice de vazios de
compactação, de forma a se obter uma melhor visualização de cada curva característica, para
uma dada umidade de compactação estabelecida. A Figura 4.46 apresenta as curvas de sucção
(pF) versus saturação (Sr(%)) e, a transformação epF versus saturação, visando uma melhor
análise referente a influência do índice de vazios na sucção.
16%
19%
22%
25%
28%
16%
4
1000
3,5
3
40
50
60
70
80
90
epF
pF
4,5
2,5
2
100
100
40
50
60
70
80
90
100
Sr (%)
24%
(b) 1,0m
27%
5
30%
18%
10000
21%
24%
27%
30%
5
4,5
1000
3,5
3
100
2,5
2
40
50
60
70
80
90
4
epF
4
ua-uw (KPa)
4,5
pF
28%
3,5
3
(a) 1,0m
21%
25%
4,5
4
Sr(%)
18%
22%
5,5
5
10000
ua-uw (KPa)
5
19%
3,5
3
2,5
2
10
100
40
Sr (%)
50
60
70
80
90
100
Sr (%)
(c) 3,0m
(d) 3,0m
Figura 4.46- Curvas pF x Sr e epF x Sr em diferentes umidades de compactação
113
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16%
19%
22%
25%
28%
16%
1000
3,5
40
50
18%
60
21%
70
80
90
3,5
3
2
100
100
40
24%
27%
30%
18%
3,5
3
70
80
90
ua-uw (KPa)
1000
21%
22%
3,5
3
100
100
2,5
40
50
60
25%
16%
28%
1000
3,5
3
70
80
90
100
80
90
19%
22%
25%
28%
4,5
4
epF
4
ua-uw (KPa)
4,5
60
70
(h) 7,0m
10000
50
30%
Sr (%)
5
40
27%
100
4
(g) 7,0m
19%
24%
90
4,5
Sr (%)
16%
80
(f) 5,0m
4
60
70
(e) 5,0m
4,5
50
60
Sr (%)
10000
40
50
Sr (%)
5
pF
28%
2,5
3
pF
25%
4
epF
4
22%
4,5
epF
pF
4,5
19%
5
10000
ua-uw (KPa)
5
3,5
3
2,5
2
100
100
40
50
60
70
80
90
100
Sr (%)
Sr (%)
(i) 9,0m
(j) 9,0m
Figura 4.46- Curvas pF x Sr e epF x Sr em diferentes umidades de compactação.
114
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Considerando-se cada teor de umidade separadamente, as Figuras 4.46(a), (c), (e), (g) e (i)
mostram os resultados obtidos para diferentes valores de peso específico aparente seco e,
portanto de índices de vazios. No entanto ocorreram variações relativamente pequenas nos
valores de sucção para cada umidade de compactação utilizada; o que dá uma idéia preliminar
de que o índice de vazios não está contribuindo para uma grande variação da sucção. De forma
a exemplificar este fato, observa-se que as maiores variações de sucção apresentadas foram de
pF = 0,41 e 0,33 , para 1,0 e 3,0m respectivamente.
Aplicando-se a transformação de pF em função do índice de vazios, ocorrem tendências
bem definidas, porém com certas diferenças. De acordo com resultados obtidos por Gens et al.
(1995) e Ahmed et al. (1974), um solo compactado no ramo seco pode ter uma distribuição de
poros diferente de um solo compactado no ramo úmido. Tal fato foi verificado por Camapum
de Carvalho e Leroueil (2000), que comprovaram, com base nos resultados apresentados por Li
(1995), que a distribuição de poros varia continuamente com a umidade e o peso específico
para os quais realizou-se a compactação.
As curvas características transformadas apresentadas nas Figuras 4.46 (b), (d), (f), (h) e
(j), mostram que o solo compactado na menor umidade do ramo seco situa-se sempre abaixo
dos demais e a correspondente umidade ótima ligeiramente acima. As demais curvas tendem a
se colocarem em posição intermediária. A maior dispersão ocorrendo sempre, para o solo
compactado na maior umidade. Apesar das diferenças verificadas, percebe-se que a
transformação agrupa os resultados em tendências bem definidas.
De forma a complementar esta análise realizou-se a comparação destas curvas
transformadas em profundidade. Observou-se a tendência a comportamentos bastante
semelhante, se não coincidente para umidades de compactação mais baixas (ramo seco). No
caso, para umidades de compactação variando de 16 a 22%, com o uso da transformação podese realizar uma excelente aproximação entre as curvas compactadas com a mesma umidade, nas
diferentes profundidades. Este resultado pode ser considerado excelente em razão de se ter
trabalhado tanto com umidades de compactação diversas, quanto por tratar-se de amostras
coletadas em diferentes profundidades. No entanto, tal fato não ocorre a partir de 24% de
umidade de compactação, pois as curvas apresentam tendências um pouco mais distintas,
embora sejam ainda semelhantes, sendo que as maiores diferenças são verificadas para
umidades superiores a 27%. Cabe lembrar que é no ramo úmido que a energia e o tipo de
115
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compactação exercem maior influência na estrutura do solo (Camapum de Carvalho, 1985). A
Figura 4.47 apresenta uma exemplificação deste fato.
22%-1m
24%-3m
24%-7m
22%-9m
22%-5m
5
4,5
30%-3m
30%-7m
4
28%-9m
28%-5m
3,5
epF
4
epF
28%-1m
3,5
3
3
2,5
2,5
2
40
50
60
70
80
90
2
100
70
80
90
100
Sr (%)
Sr (%)
(a)
(b)
Figura 4.47- Comparação entre curvas transformadas no perfil
(a) ramo seco, variação de –3% da umidade ótima
(b) ramo úmido, variação de +3% da umidade ótima
4.4.2.2 – Influência da Energia de Compactação (N) na Sucção (pF)
A abordagem seguida será visualizada de forma a verificar-se o efeito da influência da
variação na energia de compactação para uma umidade fixa e o efeito que uma energia fixa
causa na sucção quando da compactação sob diferentes umidades. Assim aborda-se as
diversas situações que se apresentam também no campo durante o procedimento de
compactação.
116
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4.4.2.2.1- Umidade de Compactação Fixa
Os resultados referentes à variação da sucção (pF) e da sucção transformada epF em
função do número de golpes (energia variável), sob condição de umidade fixa, encontram-se
na Figura 4.48.
16%
19%
22%
25%
16%
28%
5
22%
28%
1000
4
epF
4
ua-uw (KPa)
4,5
3,5
3,5
3
2,5
3
2
100
0
10
20
30
40
50
0
60
10
20
(a) 1,0m
18%
21%
30
40
50
N
N
24%
(b) 1,0m
27%
18%
30%
5
21%
24%
27%
30%
5
10000
4,5
1000
3,5
3
100
4
epF
4
ua-uw (KPa)
4,5
pF
25%
5
10000
4,5
pF
19%
3
2,5
2,5
2
2
10
0
10
20
30
40
3,5
0
50
10
20
30
40
50
N
N
(c) 3,0m
(d) 3,0m
Figura 4.48- Curvas pF x N e epF x N para energia variável e umidades fixas
117
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16%
19%
22%
25%
28%
16%
5
10000
22%
25%
28%
5
1000
3,5
4
epF
4
ua-uw (KPa)
4,5
4,5
pF
19%
3,5
3
2,5
3
100
0
10
20
30
40
2
50
0
10
20
N
(e) 5,0m
18%
21%
40
50
24%
(f) 5,0m
27%
30%
18%
4
1000
3,5
24%
27%
30%
4,5
epF
4,5
21%
5
10000
ua-uw (KPa)
5
pF
30
N
4
3,5
3
3
100
0
10
16%
20
30
40
0
10
20
30
N
N
(g) 7,0m
(h) 7,0m
19%
22%
25%
28%
16%
4
1000
3,5
22%
50
25%
28%
4
epF
4,5
19%
40
4,5
10000
ua-uw (KPa)
5
pF
2,5
50
3,5
3
2,5
3
100
0
10
20
30
40
2
50
0
N
10
20
30
40
50
N
(i) 9,0m
(j) 9,0m
Figura 4.48- Curvas pF x N e epF x N para energia variável e umidades fixas.
118
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Observando-se a Figura 4.48 (a,c,e,g,i) percebe-se que em todo o perfil trabalhado, a
sucção apresenta pouca variação com a energia de compactação, para uma determinada
umidade, sendo no entanto significativa ao se considerar o conjunto de umidades ensaiadas.
Ao aplicar a transformação destas curvas, ocorre a tendência de se comportarem de forma
semelhante a partir de uma determinada energia de compactação (N), variável com a
profundidade.Os pontos mais úmidos apresentando curvas distintas, na maioria dos casos. Isto
também sendo verdade para outros valores de umidade, em alguns casos a ótima e, em outros
compondo o ponto mais seco. Tal comportamento vem a comprovar que, ao se aumentar a
energia e o peso específico da amostra ocorre uma tendência a mudança na distribuição de
poros; mas esta, se dá até um determinado valor de umidade e de energia de compactação. As
curvas que apresentaram comportamento semelhante, sendo provavelmente devido a uma
distribuição de poros semelhante. A Figura mostra então, que o índice de vazios influi na
sucção, mas para este solo, não apresenta papel de destaque, o mesmo cabendo à umidade de
compactação, como comprovado na Figura 4.45, onde o decréscimo na sucção é bastante
notável com o aumento deste parâmetro.
De acordo com o visualizado anteriormente, quando se trata de energia de compactação é
importante a verificação do ponto máximo que a energia atua de forma efetiva para que ocorra
o rearranjo na estrutura do solo. Pode-se denominar tal ponto de “energia de compactação
efetiva”; representada por um número N de golpes.
No desenvolvimento da parte experimental de compactação, observou-se o efeito da
aplicação da energia no perfil de solo considerado. De forma a melhor visualizar este
parâmetro, apresenta-se os gráficos N versus índice de vazios (e), para todas as profundidades
(Figura 4.49).
As Figuras mostram claramente a ocorrência de estabilização do índice de vazios após um
determinado número de golpes, variável de acordo com o teor de umidade de compactação e a
profundidade considerada. Esta tendência indica que, a partir daquela energia não é possível
uma maior compactação da amostra. A energia excedente aplicada não contribuirá mais para o
aumento de densidade e será absorvida pela água presente na estrutura do solo.
Assim, a partir das tendências obedecidas pelas curvas pode-se ter uma idéia aproximada
do valor da energia efetiva para cada teor de umidade de compactação.
119
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A Tabela 4.9 apresenta a energia máxima que se aplicou no ensaio (N(ensaio)) e o
provável N efetivo. Este N efetivo foi deduzido não apenas através das curvas (índice de vazios
versus N), anteriormente apresentadas, mas segundo dados obtidos no próprio procedimento de
ensaio; onde foi necessária a variação da energia em intervalos de pequenos números de golpes,
de modo a se obter o valor de peso específico mais próximo ao inicialmente estipulado.
Sendo assim, no decorrer da compactação, têm-se os valores de peso específico (obt(p))
correspondentes a N = 25, 35 e 45 golpes, para todas as umidades utilizadas. De posse destes
dados associados à Figura 4.42, pode-se deduzir, por exemplo, que a energia efetiva para w =
16% (1,0m) deve ser aproximadamente N = 35 golpes, pois a variação apresentada para N = 45
é insignificante. Considerando as demais umidades de compactação; assim como o restante do
perfil, a dedução do Nefetivo seguiu a mesma linha de raciocínio.
Tabela 4.9 – Energias Efetivas
Profundidades
N (ensaio) N efetivo
w compactação
16%
50
35
19%
50
35
1,0 m
22%
50
35
25%
50
30
28%
50
20
18%
50
50
21%
50
25
3,0 m
24%
50
25
27%
50
25
30%
35
3
16%
35
35
19%
35
35
5,0 m
22%
35
20
25%
50
20
28%
35
5
18%
50
50
21%
25
17
7,0 m
24%
25
15
27%
35
5
30%
35
12
16%
50
30
19%
25
25
9,0 m
22%
30
30
25%
30
10
28%
20
3
120
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w 19%
w 22%
w 25%
w 28%
w 18%
1,2
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
w 21%
w 24%
w 27%
w 30%
1,2
1,1
1
0,9
e
e
w 16%
0,8
0,7
0,6
0,5
0
10
20
30
40
50
0
N
10
20
(a) 1,0m
16%
19%
22%
N
30
40
50
(b) 3,0m
25%
28%
18%
1
0,9
0,9
0,8
0,8
24%
27%
30%
e
e
1
21%
0,7
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
0
10
20
30
40
50
0
10
20
N
30
40
50
N
(c) 5,0m
(d) 7,0m
16%
19%
22%
25%
28%
10
20
N
30
40
1
0,9
e
0,8
0,7
0,6
0,5
0
(e) 9,0m
Figura 4.49- Curva e x N em diferentes umidades de compactação.
Corrigindo-se a energia têm-se uma modificação nas curvas pF versus N e epF versus N,
muito embora não ocorra modificação quanto as tendências obtidas; pois se trata tão somente
121
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de uma limitação do N máximo. Optou-se então, por continuar trabalhando com o N ensaio, nos
itens posteriores.
4.4.2.2.2- Energia (N) Fixa
Neste sub-ítem tentou-se verificar qual o comportamento do solo quanto à sucção quando
considera-se uma energia de compactação fixa com umidades variáveis. Assim, para um melhor
entendimento desta inter-relação, efetuou-se o estudo através de comparações utilizando-se (pF
x w), (pF x Sr) e (epF x Sr).
As Figuras 4.50 a 4.51 fornecem uma visão geral deste comportamento. Figuras
complementares são apresentadas no apêndice B (Figuras B.1 a B.3).
N1
N2
N3
N30
N35
N50
N5
N8
N10
N12
N15
N20
N25
5
10000
4
1000
ua-uw (KPa)
pF
4,5
3,5
3
100
10
15
20
25
30
W (%)
(a)
Figura 4.50– Variação da sucção para uma energia de compactação fixa
(a) pF x w – 1,0m ; (b) pF x Sr – 1,0m ; (c) epF x Sr – 1,0m
(d) tendências (epF x Sr) – 1,0m
122
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N1
N2
N3
N30
N35
N50
N5
N7
N8
N10
N12
N15
5
N20
N25
10000
4
ua-uw (KPa)
pF
4,5
1000
3,5
3
40
50
60
70
80
100
100
90
Sr (%)
(b)
N1
N30
N2
N35
N3
N50
N5
N7
N8
N10
N12
N15
N20
N25
5
4,5
epF
4
3,5
3
2,5
2
40
50
60
70
80
90
100
Sr (%)
Sr (%)
(c)
Figura 4.50– Variação da sucção para uma energia de compactação fixa
(a) pF x w – 1,0m ; (b) pF x Sr – 1,0m ; (c) epF x Sr – 1,0m
(d) tendências (epF x Sr) – 1,0m
123
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N1
N35
N2
N50
N3
N7
N5
N8
N10
N12
N15
N20
N25
N30
5
4,5
epF
4
3,5
16%
19%
25%
3
2,5
2
40
50
60
Sr (%)
70
80
90
100
Sr
(d)
Figura 4.50– Variação da sucção para uma energia de compactação fixa
(a) pF x w – 1,0m ; (b) pF x Sr – 1,0m ; (c) epF x Sr – 1,0m
(d) tendências (epF x Sr) – 1,0m
Associando-se a Figura 4.50 e 4.48 (pF x N), torna-se possível localizar cada ponto
compactado em diferentes umidades de compactação. No entanto, é possível observar que a
aplicação da transformação não definiu tendência única, provavelmente devido ao fato de que a
influência do índice de vazios na sucção depende da umidade de compactação. Ainda na curva
(a) nota-se alguns pontos um tanto fora da tendência, o que pode indicar uma certa influência
do índice de vazios. Durante o procedimento de localização de cada ponto observou-se que a
transformação permitiu agrupar os pontos por faixas de umidade como ilustra a Figura 4.50(d),
o que do ponto de vista prático é importante, pois na execução de uma obra, a compactação do
solo se dá dentro de condições limitadas de umidade e de peso específico.
A seguir, apresenta-se os gráficos correspondentes a profundidade de 9,0m, onde a única
variação observada, em relação as análises acima efetuadas, consta na verificação distinta dos
124
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três pontos compactados (curvas) no ramo seco, no entanto, as curvas para 19% e 22% se
encontram próximas.
Sendo assim, pode-se afirmar levando em consideração todas as profundidades (Figuras
4.50, 4.51, B.1, B.2 e B.3), que se verifica a maior importância da umidade de compactação em
relação à energia aplicada, quando se fala de sucção e, ainda que a tendência mantida mais
nítida é equivalente ao ponto de compactação mais seco (umidades de 16% e 18%), com
aparecimento de uma tendência única no 5,0 e 7,0m. O que indica que, aparentemente o solo
sofre uma transição que se reflete no seu comportamento, causando a separação do 1,0 ao 3,0m,
do 5,0 ao 7,0 e do 7,0 ao 9,0m; esta, podendo ser reflexo da composição química e
mineralógica do mesmo. No entanto é difícil afirmar tal fato, pois quando se inclui o efeito da
compactação, torna-se extremamente complexo a análise da influência das características
químicas e mineralógicas no processo. Sendo assim, para um melhor entendimento, este estudo
deve ser complementado por análises microestruturais do solo compactado.
N=1
N=2
N=3
N= 4
N= 5
N= 7
N=8
N = 12
N = 15
N = 16
N = 20
N = 25
N = 30
N = 50
N = 10
5
10000
4
1000
ua-uw (KPa)
pF
4,5
3,5
3
100
10
15
20
25
30
w (%)
(a)
Figura 4.51 – Variação da sucção para uma energia de compactação fixa
(a) pF x w – 9,0m ; (b) pF x Sr – 9,0m ; (c) tendências (epF x Sr) – 9,0m
125
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N= 1
N= 2
N= 3
N=4
N=5
N=7
N=8
N = 12
N = 15
N = 16
N = 20
N = 25
N = 30
N = 50
5
N = 10
10000
4
1000
ua-uw (KPa)
pF
4,5
3,5
3
40
50
60
70
80
100
100
90
Sr (%)
(b)
N= 1
N= 2
N= 3
N=4
N=5
N=7
N=8
N = 12
N = 15
N = 16
N = 20
N = 25
N = 30
N = 50
N = 10
4,5
4
epF
3,5
3
16%
19%
22%
2,5
2
40
50
60
70
80
90
100
Sr (%)
(c)
Figura 4.51 – Variação da sucção para uma energia de compactação fixa
(b) pF x w – 9,0m ; (b) pF x Sr – 9,0m ; (c) tendências (epF x Sr) – 9,0m
126
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4.4.2.3- Curvas de Isosucção
As Figuras 4.52 a 4.56 mostram as curvas de isosucção matricial para o perfil de solo em
estudo. As Figuras apresentam também, curvas equivalentes a diferentes graus de saturação e a
curva de compactação.
Nas figuras 4.52 a 4.56 percebe-se que a sucção possui em geral, uma pequena variação
com a umidade, exceto em 3,0m de profundidade onde observa-se o valor de pF=1,6. Este
valor, no entanto, foi calculado através da equação representativa do teor de umidade igual a
21%, pois os pontos referentes ao teor de umidade de 30% se encontram (no gráfico epF x Sr)
mais próximos do valor de 21%. Sendo assim, provavelmente esta equação não representa de
forma significativa esta curva de isosucção.
Curva de Compactação
pF=3,7 (501,2kPa)
pF=4,3 (1995kPa)
Sr=80%
pF=3,5 (316,2kPa)
pF=4 (1000kPa)
Sr=100%
19,00
18,50
18,00
17,50
 d  k  m  
17,00
16,50
16,00
15,50
15,00
14,50
14,00
13,50
13,00
12,50
14,0
16,0
18,0
20,0
22,0
24,0
26,0
28,0
30,0
32,0
w (%)
Figura 4.52- Curvas de isosucção calculadas- 1,0m.
127
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Curva de Compactação
pF=1,6
pF=2,5
pF=3,4
pF=3,6
pF=3,7
pF=4
Sr=100%
Sr=80%
19
18,5
d (kN/m 3)
18
17,5
17
16,5
16
15,5
15
14,5
14
13,5
13
12,5
12
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
w (%)
Figura 4.53- Curvas de isosucção calculadas- 3,0m.
Curva de Compactação
pF=3,6
pF=3,8
Sr=100%
pF=3
pF=3,7
pF=4
Sr=80%
d (kN/m 3)
18
17,5
17
16,5
16
15,5
15
14,5
14
13,5
13
12,5
12
11,5
11
12,5
15
17,5
20
22,5
25
27,5
30
32,5
35
w (%)
Figura 4.54- Curvas de isosucção calculadas- 5,0m.
128
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Curva De Compactação
pF=3,5
pF=3,8
Sr=100%
pF=3,2
pF=3,6
pF=4
Sr=80%
18
17,5
17
16,5
d (kN/m 3)
16
15,5
15
14,5
14
13,5
13
12,5
15
17,5
20
22,5
25
27,5
30
32,5
35
w (%)
Figura 4.55- Curvas de isosucção calculadas- 7,0m.
d(kN/m 3)
Curva de Compactação
pF=3,5
pF=3,8
Sr=100%
pF=3,2
pF=3,6
pF=4
Sr=80%
18,1
17,8
17,5
17,2
16,9
16,6
16,3
16
15,7
15,4
15,1
14,8
14,5
14,2
13,9
13,6
13,3
13
14
15,5
17
18,5
20
21,5
23
24,5
26
27,5
29
30,5
32
w (%)
Figura 4.56- Curvas de isosucção calculadas- 9,0m.
A importância do método de transformação da curva característica, proposto por
Camapum de Carvalho e Leroueil (2000), pode ser observado através destas curvas de iso
sucção, pois para um dado peso específico e umidade, é possível obter-se o valor da sucção sem
que para isto seja necessária sua freqüente medição em campo. Tal informação é de grande
aplicabilidade prática, já que “in situ” se trabalha com faixas de umidade e pesos específicos
determinados.
129
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4.4.3 – Mini- CBR e Cone
Na literatura diferentes relações podem ser encontradas entre a resistência ao
cisalhamento e a sucção (Escario 1988, Röhm 1992, Escario et Jucá 1989). Também, segundo
Camapum de Carvalho e Pereira (2001) a sucção normalizada apresenta uma boa relação com o
comportamento mecânico dos solos nas condições compactadas.
Sendo assim, este item tem por finalidade o estudo do efeito da sucção na resistência a
penetração, através das correlações sucção x Mini-CBR e sucção x Cone adaptado (Ec). A
seguir descreve-se o procedimento realizado e, conjuntamente apresentam-se os resultados
obtidos.
4.4.3.1- Mini-CBR
A realização deste ensaio seguiu o método de ensaio estabelecido pelo DNER-ME
254/94. A diferença básica disse respeito apenas ao sistema de confinamento e a altura dos
corpos de prova utilizados.
O conjunto de valores de Mini-CBR estão apresentados de forma detalhada no apêndice
C (Tabelas C.1 a C.2).
A Figura 4.57 apresenta então, para as diferentes profundidades analisadas as curvas CBR
x pF e CBR x (pF/e) e, na Figura 4.58 e 4.59 estes resultados são apresentados conjuntamente.
w 19%
w 22%
w 25%
w 16%
w 28%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
CBR
CBR
w 16%
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
w 19%
w 22%
w 25%
w 28%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
5,0
2,5
pF
(a) 1,0m
3,5
4,5
5,5 6,5
pF/e
7,5
8,5
9,5
(b) 1,0m
Figura 4.57- Variação do Mini-CBR x pF e Mini-CBR x epF
130
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w 21%
w 24%
w 27%
w 18%
w 30%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
CBR
CBR
w 18%
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
w 21%
w 24%
5,0
2,5
3,5 4,5
(c) 3,0m
5,5 6,5
pF/e
w 22%
w 25%
w 28%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
2,5
3,0
3,5
4,0
w 16%
4,5
w 19%
w 27%
w 30%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
2,5
3,0
3,5
4,0
w 25%
w 28%
(f) 5,0m
w 18%
CBR
CBR
w 24%
w 22%
2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
pF/e
5,0
(e) 5,0m
w 21%
9,5
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
pF
w 18%
7,5 8,5
(d) 3,0m
CBR
CBR
w 19%
w 30%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
pF
w 16%
w 27%
4,5
w 21%
2,5 3,5
5,0
pF
w 24%
w 27%
w 30%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
4,5 5,5 6,5 7,5
8,5 9,5
pF/e
(g) 7,0m
(h) 7,0m
Figura 4.57- Variação do Mini-CBR x pF e Mini-CBR x epF
131
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w 19%
w 22%
w 25%
w 28%
w 16%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
CBR
CBR
w 16%
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
w 19%
w 22%
w 25%
5,5 6,5
pF/e
7,5
w 28%
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
5,0
2,5
3,5
4,5
pF
(i) 9,0m
8,5
9,5
(j) 9,0m
Figura 4.57- Variação do Mini-CBR x pF e Mini-CBR x epF.
w 16%-1m
w 18%-3m
w 16%-5m
w 18%-7m
w 16%-9m
w 19%-1m
w 21%-3m
w 19%-5m
w 21%-7m
w 19%-9m
w 22%-1m
w 24%-3m
w 22%-5m
w 24%-7m
w 22%-9m
w 25%-1m
w 27%-3m
w 25%-5m
w 27%-7m
w 25%-9m
w 28%-1m
w 30%-3m
w 28%-5m
w 30%-7m
w 28%-9m
90
80
70
CBR
60
50
40
30
20
10
0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
pF
Figura 4.58- Variação do Mini-CBR x pF para todas as profundidades.
w 16%-1m
w 18%-3m
w 16%-5m
w 30%-7m
w 16%-9m
90
w 19%-1m
w 21%-3m
w 19%-5m
w 27%-7m
w 19%-9m
w 22%-1m
w 24%-3m
w 22%-5m
w 24%-7m
w 22%-9m
w 25%-1m
w 27%-3m
w 25%-5m
w 21%-7m
w 25%-9m
w 28%-1m
w 30%-3m
w 28%-5m
w 18%-7m
w 28%-9m
80
70
CBR
60
50
40
30
20
10
0
3
4
5
6
7
8
9
10
pF/e
Figura 4.59- Variação do Mini-CBR x pF/e para todas as profundidades.
132
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Fisicamente a sucção e o comportamento mecânico de um solo não saturado dependem do
grau de saturação (Sr) e do índice de vazios (e). Variando-se a umidade varia-se as forças de
ligação entre a estrutura mineral e a água; e, alterando-se o índice de vazios, modifica-se as
forças de interação entre as partículas, as forças de contato e o raio dos meniscos. Os resultados
apresentados na Figura 4.57 comprovam mais uma vez, a validade do modelo de transformação
proposto por Camapum de Carvalho e Pereira (2001), para o caso do Mini-CBR. Observa-se, de
forma geral, que há tendência bem definida de aumento do CBR com a sucção normalizada.
Considerando-se que para uma obra trabalha-se com uma faixa estreita de umidades e peso
específico de compactação, o modelo ganha em precisão na avaliação de casos reais.
As Figuras 4.58 e 4.59 demonstram que, mesmo considerando-se a normalização da
sucção, não ocorre tendência a um comportamento único.
Na figura 4.60 procede-se a comparação da variação do Mini-CBR x sucção normalizada
(pF/e), considerando uma umidade de compactação fixa e profundidades variáveis. Assim, ao
comparar-se as Figuras 4.59 e 4.60, percebe-se que, para umidades fixas as variações são
maiores que para profundidades constantes. Tal observação aponta para a importância do
processo de alteração no comportamento e sucção do solo.
Na Figura 4.57, percebe-se ainda que de 1,0 a 7,0m, os pontos mais úmidos (ramo úmido)
tendem a se colocar em posição inferior aos mais secos sendo a linha ótima aparentemente o
limite inferior destes pontos.
Em síntese, é possível dizer que o Mini-CBR depende da profundidade do solo no perfil
de alteração e que, a compactação do solo no ramo seco ou no ramo úmido reflete no seu
comportamento mesmo considerando-se a mesma umidade de equilíbrio, ou seja, para a mesma
relação pF/e.
Estas constatações são importantes do ponto de vista prático, pois realça a necessidade de
estudos em perfil dos mantos intemperizados a serem usados em obras rodoviárias.
133
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w 16%-5m
w 19%-1m
w 16%-9m
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
CBR
CBR
w 16%-1m
pF/e
pF/e
(a)
(b)
w 22%-9m
w 25%-1m
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
CBR
CBR
w 22%-5m
(d)
w 18%-3m
w 28%-9m
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
CBR
CBR
w 25%-9m
2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
pF/e
(b)
w 28%-5m
w 25%-5m
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
pF/e
w 28%-1m
w 19%-9m
2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
w 22%-1m
w 19%-3m
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
w 18%-7m
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
pF/e
pF/e
(e)
(f)
Figura 4.60- Curvas Normalizadas para umidades de compactação fixa
134
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w 24%-3m
w 21%-7m
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
CBR
CBR
w 21%-3m
2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
pF/e
pF/e
(g)
w 27%-3m
(h)
w 30%-3m
w 27%-7m
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
CBR
CBR
w 24%-7m
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
w 30%-7m
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
pF/e
pF/e
(i)
(j)
Figura 4.60- Curvas Normalizadas para umidades de compactação fixa.
4.4.3.2- Cone Adaptado
Após a realização dos ensaios de Cone plotou-se as curvas carga versus penetração. A
partir daí, se apresentou o problema de obtenção do parâmetro de resistência, pois o DCP
considera uma relação referente ao número de golpes por penetração; o que não é possível no
caso em estudo, onde se trabalhou a deformação controlada. Sendo assim, primeiramente
considerou-se sua obtenção de forma idêntica à calculada no Mini-CBR (Figura 4.61); no
entanto, ao se perceber a grande dispersão nos resultados, optou-se por adotar a noção de
rigidez, obtendo-se um coeficiente de rigidez Ec no intervalo anterior ao primeiro pico de
carga, presente nos gráficos plotados, pois apenas neste intervalo inicial pode-se garantir a
135
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existência da estrutura inicial do solo compactado para as condições de ensaio adotadas. Como
estes picos representam provavelmente trincas na estrutura, após o aparecimento dos mesmos o
arranjo estrutural inicial obtido durante a compactação é quebrado, e assim não há como medir
a influência da sucção a partir daí, já que a mesma também depende da porosidade presente no
solo. O procedimento de cálculo deste coeficiente (Ec), pode ser visualizado na Figura 4.62 e
Equação (4.1).
Apenas a título de observação, considerou-se o módulo existente pós-pico referente ao
intervalo de 5,08 a 10,16 mm. Considerando-se a maior dispersão encontrada, este segundo
módulo vêm a comprovar a existência de um arranjo estrutural diverso do original.
Os resultados visualizados nas Figuras 4.63 e 4.64 tratam do intervalo anterior ao pico,
pois se pretende observar uma possível correlação entre os mesmos e os parâmetros de CBR
anteriormente obtidos. Estas Figuras apresentam variação do parâmetro de resistência Cone
(Ec) com a sucção, onde se observa ainda presente uma certa dispersão, porém em menor escala
do que a apresentada na Figura 4.61, principalmente para a profundidade de 9,0m.
w 22%
w 19%
w 16%
w 28%
w 25%
40
35
40
30
25
20
15
30
Cone
Cone
w 25%
10
5
0
w 22%
w 19%
w 19%
w 28%
20
10
0
2,4
2,8
3,2
3,6
4,0
4,4
4,8
2
5,2
3
4
5
6
pF
pF/e
(a)
(b)
7
8
9
10
Figura 4.61– Obtenção de Parâmetro Cone aplicando-se a formulação do Mini-CBR
(a) pF x Cone - 1,0m ; (b) pF/e x Cone - 1,0m
(c) pF x Cone - 9,0m ; (d) pF/e x Cone - 9,0m
136
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w 25%
w 22%
w 19%
w 16%
w 28%
w 25%
30,00
w 19%
w 16%
w 28%
5,00
6,00
7,00
8,00
30,00
20,00
20,00
Cone
Cone
w 22%
10,00
0,00
3,00
3,50
4,00
4,50
10,00
0,00
4,00
5,00
pF
pF/e
(c)
(d)
Figura 4.61– Obtenção de Parâmetro Cone aplicando-se a formulação do Mini-CBR
(a) pF x Cone - 1,0m ; (b) pF/e x Cone - 1,0m
(c) pF x Cone - 9,0m ; (d) pF/e x Cone - 9,0m
w19%
50
120
40
100
30
Carga (Kgf)
Carga (Kgf)
w19%
Carga
20
10
80
Carga
60
40
20
Penetração
0
0
1
2
3
Penetração
0
4
5
6
0
Penetração (m m )
1
2
3
4
5 6
7
8
9 10 11
Penetração (m m )
Figura 4.62- Exemplificação da obtenção do Ec.
Ec =
Carga
Penetração
(4.1)
Os pontos destacados em vermelho apresentados na Figura 4.63 fugiram as tendências
observadas, e a príncipio detectou-se problema quanto à baixa densidade por eles apresentadas,
137
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se tornando necessário à verificação do comportamento a baixas faixas de densidade com
umidades de compactação variadas, para que se afirme de forma categórica a predominância
desta baixa densificação em relação à sucção.
Nas Figuras 4.63 e 4.64 observa-se que, a semelhança dos resultados obtidos para o MiniCBR, a sucção possui papel de destaque quanto ao aumento do coeficiente de rigidez ocorrendo
ainda a tendência de localização dos pontos mais úmidos abaixo dos mais secos.
w 19%
w 22%
w 25%
w 28%
w 16%
50
50
40
40
Cone (Ec)
Cone (Ec)
w 16%
30
20
w 19%
w 22%
w 28%
30
20
10
10
0
0
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
3
4
5
pF
w 18%
w 21%
w 24%
6
7
8
9
pF/e
(a) 1,0m
(b) 1,0m
w 27%
w 30%
w 18%
50
50
40
40
Cone (Ec)
Cone (Ec)
w 25%
30
20
10
w 21%
w 24%
w 27%
w 30%
30
20
10
0
0
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
2
pF
3
4
5
6
7
8
9
pF/e
(c) 3,0m
(d) 3,0m
Figura 4.63 – Coeficiente de rigidez (Ec) x pF e (Ec) x pF/e
138
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w 19%
w 22%
w 25%
w 28%
w 16%
50
50
40
40
Cone (Ec)
Cone (Ec)
w 16%
30
20
w 19%
w 22%
3
5
30
20
0
0
2
3
4
2
5
4
pF
w 18%
w 21%
w 24%
w 27%
w 18%
w 30%
Cone (Ec)
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
w 21%
5,0
2
3
4
w 22%
9
10
w 24%
w 27%
w 30%
5
6
7
8
9
pF/e
(g) 7,0m
w 19%
8
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
pF
w 16%
7
(f) 5,0m
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
2,0
6
pF/e
(e) 5,0m
Cone (Ec)
w 28%
10
10
(h) 7,0m
w 25%
w 28%
w 16%
50
50
40
40
Cone (Ec)
Cone (Ec)
w 25%
30
20
w 19%
w 22%
w 25%
w 28%
30
20
10
10
0
0
2
2,5
3
3,5
4
4,5
2
5
3
4
5
6
7
8
9
pF/e
pF
(i) 9,0m
(j) 9,0m
Figura 4.63 – Coeficiente de rigidez (Ec) x pF e (Ec) x pF/e.
139
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w 16%-1m
w 18%-3m
w 16%-5m
w 18%-7m
w 16%-9m
w 19%-1m
w 21%-3m
w 19%-5m
w 21%-7m
w 19%-9m
w 22%-1m
w 24%-3m
w 22%-5m
w 24%-7m
w 22%-9m
w 25%-1m
w 27%-3m
w 25%-5m
w 27%-7m
w 25%-9m
w 28%-1m
w 30%-3m
w 28%-5m
w 30%-7m
w 28%-9m
45
40
35
Cone (Ec)
30
25
20
15
10
5
0
2,5
3
3,5
4
4,5
5
pF
Figura 4.64- Variação de pF x Ec para todas as profundidades.
w 16%-1m
w 18%-3m
w 16%-5m
w 18%-7m
w 16%-9m
w 19%-1m
w 21%-3m
w 19%-5m
w 21%-7m
w 19%-9m
w 22%-1m
w 24%-3m
w 22%-5m
w 24%-7m
w 22%-9m
w 25%-1m
w 27%-3m
w 25%-5m
w 27%-7m
w 25%-9m
w 28%-1m
w 30%-3m
w 28%-5m
w 30%-7m
w 28%-9m
45
40
35
Cone (Ec)
30
25
20
15
10
5
0
3
4
5
6
7
8
9
10
pF/e
Figura 4.65- Variação de pF/e x Ec para todas as profundidades.
È necessário analisar-se também o comportamento mecânico do solo estudado em perfil.
Para tal, as Figuras 4.64 e 4.65 apresentam os valores de Ec x pF e Ec x pF/e. Observa-se que, a
inexistência de uma tendência única se mantêm.
De forma semelhante ao item 4.4.3.1, na Figura 4.66 apresentam-se, para efeito de melhor
visualização, os resultados do coeficiente de reação (Ec) x pF/e para umidades de compactação
iguais.
140
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w 16%-1m
w 16%-5m
w 16%-9m
w 19%-1m
25
Cone (Ec)
40
30
20
10
20
15
10
5
0
3
4
5
6
7
8
9
0
10
3
4
5
6
pF/e
w 22%-1m
7
8
9
10
pF/e
(a)
(b)
w 22%-5m
w 22%-9m
w 25%-1m
w 25%-5m
w 25%-9m
25
20
20
15
Cone (Ec)
Cone (Ec)
w 19%-9m
30
50
Cone (Ec)
w 19%-5m
10
5
15
10
5
0
3
4
5
6
7
0
8
3
4
5
pF/e
pF/e
(c)
6
7
(d)
w 28%-1m
w 28%-5m
w 28%-9m
5
Cone (Ec)
4
3
2
1
0
2
3
4
5
6
pF/e
7
8
9
(e)
Figura 4.66- Curvas Normatizadas (Ec) x sucção (pF/e) para umidades fixas.
141
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w 21%-3m
w 18%-7m
25
25
20
20
Cone (Ec)
Cone (Ec)
w 18%-3m
15
10
w 21%-7m
15
10
5
5
0
0
3
4
5
6
pF/e
7
8
3
9
4
5
(f)
6
pF/e
7
8
9
(g)
w 24%-3m
w 24%-7m
w 27%-3m
w 27%-7m
25
25
20
Cone (Ec)
Cone (Ec)
20
15
10
15
10
5
5
0
0
3
4
5
6
pF/e
7
8
3
9
4
5
(g)
6
pF/e
7
8
9
(i)
w 30%-3m
w 30%-7m
25
Cone (Ec)
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
pF/e
(j)
Figura 4.66- Curvas Normatizadas (Ec) x sucção (pF/e) para umidades fixas.
142
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Os resultados apresentados na Figura 4.66 mostram que ao se fixar a umidade de
compactação existem tendências claras de aumento de Ec com pF/e. Analisando-se
conjuntamente as Figuras 4.63 e 4.66, observa-se que apesar da dispersão relativamente
importante, verifica-se a coerência dos resultados que apontam para a pouca influência das
propriedades químicas e mineralógicas sobre a relação Ec x (pF/e). Portanto, estima-se que a
melhoria da técnica de ensaio, com o uso de corpos de prova melhor confinados e com maiores
dimensões poderá contribuir para a melhoria dos resultados.
4.4.3.3 – Análise da relação existente entre o Mini-CBR e o Cone (Ec)
Este sub-ítem têm a finalidade de verificar a existência de uma provável correlação entre
os dois parâmetros anteriormente obtidos, CBR e Ec, de forma a verificar o potencial de
utilização do Cone na prática da engenharia rodoviária.
Na Figura 4.67 observa-se que os coeficientes de correlação para os referidos parâmetros
de resistência não se apresentam razoáveis, variando entre 0,38 e 0,84, o que conduz uma
pesquisa mais detalhada a cerca dos pontos que fogem ao comportamento geral apresentado.
No entanto, como é visível o papel da sucção quanto a uma mudança de tendência, cabe uma
análise em relação à obtenção de um coeficiente de correlação mais adequado ao agruparmos os
dados em termos de umidade de compactação. Desta forma, justifica-se uma análise por faixa
de sucção para todo o perfil estudado.
70
50
60
45
40
35
40
CBR
CBR
50
30
30
25
20
20
15
10
y = -0,0093x 2 + 1,4919x + 6,2413
R2 = 0,8406
10
y = -0,0466x 2 + 2,4998x + 4,8738
R2 = 0,6469
5
0
0
0
10
20
30
40
50
0
Cone (Ec)
5
10
15
20
25
30
Cone (Ec)
(a) 1,0m
(b) 3,0m
Figura 4.67 – Correlação CBR x Cone (Ec)
143
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50
90
45
80
40
70
35
60
30
CBR
CBR
100
50
25
40
20
30
15
20
10
10
5
0
y = 0,0114x 2 + 1,218x + 10,985
R2 = 0,6183
0
0
5
10
15
20
25
30
y = -0,0205x 2 + 2,4697x + 8,6134
2
R = 0,3867
Cone (Ec)
0
5
10
15
20
25
Cone (Ec)
(c) 5,0m
(d) 7,0m
30
25
CBR
20
15
(e) 9,0m
10
5
y = -0,0767x 2 + 2,2793x + 7,1202
R2 = 0,5558
0
0
5
10
15
20
Cone (Ec)
Figura 4.67 – Correlação CBR x Cone (Ec).
De forma a verificar a importância da umidade considerando-se a condição de densidade
variável utilizada, procedeu-se à análise da variação do CBR e do Ec em função do peso
específico aparente seco. Na Figura 4.68 verifica-se que embora a dispersão seja importante
tanto para o CBR quanto para Ec, ocorre à tendência de aumento destes parâmetros com o
crescimento do peso específico aparente seco. Nestes resultados a influência da umidade parece
mais clara para os resultados de CBR.
144
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28%
25%
22%
19%
w 28%
16%
40
80
30
Cone (Ec)
100
CBR
60
40
w 25%
w 22%
14,0
16,0
10
0
12
14
16
18
0
12,0
20
d (kg/m 3)
w 30%
w 27%
w 24%
w 21%
w 30%
w 18%
80
30
Cone (Ec)
40
60
40
20
14,0
16,0
18,0
w 27%
w 22%
0
12,0
20,0
w 18%
14,0
16,0
18,0
20,0
w 19%
w 16%
d (kg/m 3)
(d) 3,0m
w 19%
w 16%
w 28%
80
30
Cone (Ec)
100
40
60
40
w 25%
w 22%
14,0
16,0
20
10
20
0
12,0
w 21%
10
(c) 3,0m
w 25%
w 24%
20
 d (kg/m3)
w 28%
20,0
(b) 1,0m
100
0
12,0
18,0
d (kg/m 3)
(a) 1,0m
CBR
w 16%
20
20
CBR
w 19%
14,0
16,0
18,0
0
12,0
20,0
18,0
20,0
3
d (kg/m )
d (kg/m 3)
(e) 5,0m
(f) 5,0m
Figura 4.68 – Variação do CBR x d e do Ec x d
145
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w 30%
w 27%
w 24%
w 21%
w 18%
w 30%
100
Cone (Ec)
CBR
40
10
14,0
16,0
18,0
0
12,0
20,0
14,0
3
18,0
20,0
d (kg/m )
(g) 7,0m
w 25%
16,0
3
d (kg/m )
(h) 7,0m
w 22%
w 19%
w 16%
w 28%
w 25%
w 22%
w 19%
w 16%
18,0
20,0
40
100
Cone (Ec)
80
CBR
w 18%
20
20
60
40
20
0
12,0
w 21%
30
60
w 28%
w 24%
40
80
0
12,0
w 27%
14,0
16,0
18,0
20,0
30
20
10
0
12,0
14,0
16,0
d (kg/m 3)
3
d (g/cm )
(i) 9,0m
(j) 9,0m
Figura 4.68 – Variação do CBR x d e do Ec x d.
Adotando-se a separação em faixas de umidades de compactação, obtêm-se uma melhoria
nas correlações obtidas, considerando-se o conjunto de resultados (Figuras 4.69 a 4.73).
146
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1,0 m
1,0 m
70
25
50
20
40
15
CBR
CBR
60
30
20
10
y = 0,7756x + 14,279
R2 = 0,9324
10
y = 2,4486x + 2,8126
R2 = 0,905
5
0
0
0
20
40
Cone (Ec)
60
0
2
4
6
Cone (Ec)
(a)
8
(b)
Figura 4.69- Correlações obtidas para 1,0m
(a) umidades: 16 % e 19% ; (b) umidades: 22% , 25% e 28%.
3,0 m
3,0 m
35
50
30
25
30
CBR
CBR
40
20
15
10
y = 0,752x + 25,523
R2 = 0,921
10
20
y = 1,6863x + 8,3393
R2 = 0,8693
5
0
0
0
10
20
Cone (Ec)
30
0
5
10
15
Cone (Ec)
(a)
20
25
(b)
3,0 m
12
10
CBR
8
6
4
2
y = 2,5413x + 1,7836
R2 = 0,9396
0
0
1
2
3
4
Cone (Ec)
(c)
Figura 4.70- Correlações obtidas para 3,0m
(a) umidade: 18% ; (b) umidades: 21% e 24% ; (c) umidades: 27% e 30%.
147
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5,0 m
40
60
30
CBR
80
CBR
100
40
y = 3,3538x - 3,5916
R2 = 0,9735
20
5,0 m
28%
50
y = 2,4933x + 4,6565
R2 = 0,9438
20
10
0
0
0
10
20
30
0
10
Cone (Ec)
(a)
20
Cone (Ec)
30
40
(b)
Figura 4.71- Correlações obtidas para 5,0m
(a) umidades: 16% e 19% ; (b) umidades: 22%, 25% e 28%.
7,0 m
7,0 m
50
30
CBR
CBR
40
20
y = 1,6594x + 13,868
R2 = 0,9367
10
0
0
10
20
30
Cone (Ec)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
y = 0,5723x2 - 15,61x + 125,18
R2 = 0,9964
0
30%
(a)
10
20
Cone (Ec)
30
(b)
Figura 4.72 - Correlações obtidas para 7,0m
(a) umidades: 18% e 21% ; (b) umidades: 24%, 27% e 30%.
148
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9,0 m
30
25
25
20
20
15
y = 1,7716x + 12,571
R2 = 0,9426
CBR
CBR
9,0 m
30
15
10
10
y = 0,8022x + 12,589
R2 = 0,9039
5
0
5
y = -0,4649x2 + 9,5418x - 20,66
R2 = 0,9011
0
0
5
10
15
20
0
Cone (Ec)
28%
5
10
15
Cone (Ec)
(a)
(b)
Figura 4.73- Correlações obtidas para 9,0m
(a) umidades: 16% e 19% ; (b) umidades: 22%, 25% e 28%.
As Figuras 4.69 a 4.73 demonstram uma tendência a boas correlações lineares do 1,0 ao
5,0m de profundidade, à exceção do ponto mais úmido (Figura 4.71). No entanto as Figuras
4.72 e 4.73, referentes às profundidades de 7,0 a 9,0m, demonstram apenas bons índices de
correlação referentes aos pontos de menores umidades de compactação. Observando-se que os
pontos de umidade iguais 24%, 27% para a profundidade de 7,0m apresentam tendência
polinomial, o mesmo ocorrendo para as umidades de 22% e 25% na profundidade de 9,0m. Os
pontos mais úmidos (30% para 7,0m e 28% para 9,0m), no entanto, não apresentam tendências
definidas.
È necessário destacar ainda que, os pontos em destaque nas Figuras anteriores são
referentes as menores densidades. Tais pontos fogem as tendências apresentadas, assim para a
obtenção das equações apresentadas, estes não foram considerados. Observa-se então que
ocorre alguma influência mais acentuada da baixa densificação, o que indica um estudo
posterior referente a pontos de baixa densidade compactados com diferentes teores de umidade.
Os resultados apresentados mostram que existe uma boa relação entre o Mini-CBR e o Ec
do cone, o que aponta para a importância de se estudar melhor esta técnica de ensaio com vistas
a utiliza-lo na engenharia rodoviária.
149
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4.4.3.4 – Mini-CBR x Cone (Ec): Ensaios com e sem Imersão
Foram realizados ensaios com e sem imersão de forma a ter uma noção da faixa de
variação da capacidade de suporte do solo quando os mesmos são submetidos ao procedimento
de imersão. Os corpos de prova usados foram moldados na umidade ótima e com uma variação
de  6% em torno da ótima, considerando o procedimento estipulado em norma de
compactação em equipamento Miniatura DNER-ME 228/94. Deu-se prioridade a esta faixa de
variação, para execução dos referidos ensaios, embora comumente se utiliza in situ, uma
variação em torno da umidade ótima de  2%. Estipulou-se uma variação de umidade superior a
normalmente adotada de maneira a ressaltar a influência do papel da sucção nos valores
obtidos.
Os ensaios de resistência à penetração foram executados através do Mini-CBR e também
do Cone Adaptado (Ec). Para tal foi usado o mesmo corpo de prova em sentidos contrários, de
forma a aproximar a igualdade estrutural da amostra.
O procedimento de imersão foi realizado segundo estipulado na norma do Mini-CBR,
considerando após a retirada da imersão, um intervalo de tempo equivalente à 1 hora, de forma
a propiciar a dissipação das poropressões. Foram ainda realizados ensaios logo após a retirada
da imersão (após 15 minutos).
Os resultados obtidos são apresentados nas Tabelas 4.10 a 4.14.
Tabela 4.10- Parâmetros de resistência para amostra a 1,0m de profundidade
Energia W comp
E.N.
E.I.
19%
22%
25%
28%
31%
15%
18%
21%
24%
27%
CBR
Cone (Ec)
3
3
d (KN/m )
d (KN/m )
S/ imersão C/ imersão1 C/ imersão2
S/ imersão C/ imersão1 C/ imersão2
21,24
9,252
10,65
15,12
4,7
1,676
1,789
15,12
13,675
10,85
11,69
15,35
4,376
2,506
2,61
15,35
12,2
5,3
5,8
15,73
17,88
3,688
4
15,73
2,524
2,452
2,477
14,306
1,438
1,25
1,29
14,306
2,4
2,4
2,42
14,25
0,626
0,62
0,788
14,25
20,224
15,314
15,687
16,948
3,5
1,876
2
16,948
21,339
14,539
14,99
16,794
4,312
3,21
6,876
16,794
33,94
24,814
25,02
16,965
9,126
4,188
4,81
16,965
31,788
14,407
14,758
16,148
8,25
8,125
8,15
16,148
8,057
5,25
6,98
15,39
1,526
0,876
1,1
15,39
150
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Tabela 4.11- Parâmetros de resistência para amostra a 3,0m de profundidade
Energia
W comp
21%
24%
27%
30%
33%
17%
20%
23%
26%
29%
E.N.
E.I.
CBR
Cone (Ec)
3
3
d (KN/m )
d (KN/m )
S/ imersão C/ imersão1 C/ imersão2
S/ imersão C/ imersão1 C/ imersão2
15,41
4,8
5,8
13,525
8,126
1,562
2,69
13,525
19,168
12,676
13,8
15,0712
3,626
3,376
3,41
15,0712
7,2
6,5
6,7
15,215
2,25
2,15
2,44
15,215
4,69
3,352
3,6
14,734
2,062
1,876
2
14,734
2,45
2,42
2,42
14,11
1,312
1,212
1,4
14,11
42,389
3,524
9,87
13,715
17,5
1,626
9,5
13,715
26,715
13,689
18,2
14,525
12,876
3,188
7,1
14,525
26,4
20,68
21
16,066
5,188
4,5
5,69
16,066
15,593
11,51
13
15,489
6,876
3,188
4,5
15,489
7,652
7,3
7,35
14,892
1,876
1,188
1,2
14,892
Tabela 4.12- Parâmetros de resistência para amostra a 5,0m de profundidade
Energia
W comp
19%
22%
25%
28%
31%
14,5%
17,5%
20,5%
23,5%
26,5%
E.N.
E.I.
CBR
Cone (Ec)
3
3
d (KN/m )
d (KN/m )
S/ imersão C/ imersão1 C/ imersão2
S/ imersão C/ imersão1 C/ imersão2
21,1
1,552
10
12,801
12,376
1,426
8,2
12,801
17,943
7,2
10
14,05
4,326
2,326
3
14,05
15,1
10,282
11,2
15,3168
2,376
1,626
1,87
15,3168
9,75
4,4
5,6
14,91
2,688
1,776
2
14,91
5,3
3,776
3,78
14,074
1,312
1
1,876
14,074
38,539
4,682
15
13,859
19,126
3,138
10
13,859
47,075
5,676
16,25
15,269
17,626
4,126
8,9
15,269
39,382
14,064
16,87
16,263
14,722
4
6
16,263
27,795
19,075
21,2
16,215
6,25
5,87
8,375
16,215
9,9
8,7
9,876
15,376
3,375
2,75
2,78
15,376
Tabela 4.13- Parâmetros de resistência para amostra a 7,0m de profundidade
Energia
W comp
21%
24%
27%
30%
33%
16,0%
19,0%
22,0%
25,0%
28,0%
E.N.
E.I.
CBR
Cone (Ec)
3
3
d (KN/m )
d (KN/m )
S/ imersão C/ imersão1 C/ imersão2
S/ imersão C/ imersão1 C/ imersão2
19,7
1,93
9,2
14,259
5,376
0,876
2,8
14,259
11,543
8,6
10
15,125
4,95
2,376
3,1
15,125
13,875
10,524
11
15,012
2,588
2,126
2,2
15,012
8,139
4,852
5,6
14,776
2,5
1,726
1,73
14,776
3,776
3,7
3,72
13,614
1,562
1,162
1,1
13,614
47,075
3,276
21
14,397
6,688
1,876
3
14,397
36,85
4,589
12
14,405
16,5
1,938
7,66
14,405
36,568
14,575
16,2
15,156
11,562
3,638
5
15,156
21,993
15,216
17
15,6137
5,688
2,626
3,5
15,6137
10,318
6,925
8,2
15,022
2,626
2,442
2,51
15,022
Tabela 4.14- Parâmetros de resistência para amostra a 9,0m de profundidade
Energia
E.N.
E.I.
W comp
18,5%
21,5%
24,5%
27,5%
30,5%
16,0%
19,0%
22,0%
25,0%
28,0%
CBR
Cone (Ec)
3
3
d (KN/m )
d (KN/m )
S/ imersão C/ imersão1 C/ imersão2
S/ imersão C/ imersão1 C/ imersão2
19,925
6,025
10
14,893
9,062
2,562
3,3
14,893
19,818
9,452
11,2
15,576
4,376
2,15
3,1
15,576
11,825
7,489
8,2
15,521
3
2,626
2,74
15,521
10,282
4,8
6,2
15,097
5,5
1,75
2,6
15,097
4,589
4,324
4,4
14,5187
1,1
1,1
1,438
14,5187
48,2
6,825
20
15,506
10,876
1,976
5,2
15,506
44,543
14,824
25
16,224
8,562
2,688
3,6
16,224
26,25
16,4
17,2
16,296
7,75
4,126
5,2
16,296
11,45
4,024
5,2
14,838
3,188
2,338
2,5
14,838
8,389
5,452
6,21
13,308
1,75
1,5
2,162
13,308
151
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onde:
S/ imersão – ensaio realizado sem imersão dos corpos de prova;
C/ imersão 1 – ensaio realizado com imersão, considerando o tempo estipulado em norma (1
hora);
C/ imersão 2 – ensaio realizado com imersão, após retirada (15 minutos) do recipiente de
imersão.
Cone (Ec)
PN
PI
PN1h
PI1h
PN15'
PI15'
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
CBR
Figura 4.74- Parâmetros de resistência para a amostra a 1,0m de profundidade.
PN
PI
PN1h
PI1h
PN15'
PI15'
12
Cone (Ec)
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
CBR
Figura 4.75- Parâmetros de resistência para a amostra a 9,0m de profundidade.
onde: PN’- Proctor Normal sem imersão;
PI’- Proctor Intermediário sem imersão;
PN’1h- Proctor Normal com imersão, considerando o tempo de 1h;
152
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PI’1h- Proctor Intermediário com imersão, considerando o tempo de 1h;
PN’15’- Proctor Normal com imersão, considerando o tempo de 15 minutos;
PI’15’- Proctor Intermediário com imersão, considerando o tempo de 15 minutos.
Analisando-se as Tabelas 4.10 a 4.14 percebe-se nitidamente a importância da sucção
nos parâmetros mecânicos obtidos para o ramo seco e umidade ótima, através de queda
drástica ao comparar os valores resultantes dos ensaios sem imersão aos com imersão. Sendo
essencial observar que, no que se refere às umidades de compactação mais elevadas, o
parâmetro sucção não é mais representativo, sendo praticamente nula sua influência na
resistência.
Tanto os parâmetros resultantes do ensaio Mini-CBR quanto os do Cone (Ec)
comprovam a queda brusca de resistência, demonstrando a significativa diferença
principalmente em umidades de compactação mais baixas. È importante notar também que os
corpos de prova mostraram um acréscimo no CBR e no Ec ao desconsiderar-se o intervalo de
tempo estipulado em norma (1 hora). Tal fato podendo ser resultado tanto de uma certa perda
de umidade na amostra, o que ocasionaria um certo acréscimo de sucção, ou mesmo devido a
diferenças de densidade entre os dois lados das amostras ensaiadas submetidas à imersão.
Ao plotar-se os parâmetros de resistência CBR e Ec, as Figuras 4.74 e 4.75 vêm a
mostrar a boa relação existente entre os parâmetros de resistência obtidos, assim justificandose a continuação do estudo do cone adaptado para laboratório, com vistas a sua aplicabilidade
no campo da Pavimentação.
153
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5- CONCLUSÕES
Com base nos resultados apresentados e nas análises realizadas, conclui-se que:
- Os resultados apresentados pelas caracterizações física, mineralógica e química, são
representativos de um perfil de solo tropical típico da região do D.F.
- As curvas características executadas para as amostras indeformadas refletem de forma
marcante a distribuição de poros bimodal até 8,0m de profundidade; a partir daí,
caracterizando uma distribuição de poros monomodal .
- Em se tratando de amostras amolgadas, a curvas características representativas das
profundidades 1,0 e 9,0m, não apresentam claramente o fenômeno da histerese. Em relação ao
efeito amolgamento observou-se que o solo a 9,0m de profundidade possui curvas que não
põe em evidência as diferenças existentes entre a amostra em estado indeformado e a
amolgada, o que era de se esperar devido a menor agregação e porosidade existente nas
camadas mais profundas. A 1,0m de profundidade, no entanto, as diferenças deveriam se
apresentar significativas; mas devido à limitação da saturação empregada, não foi possível
comprovar este efeito.
- Nas curvas características das amostras compactadas na energia normal, verifica-se que o
efeito da histerese não é marcante no perfil de solo estudado. Observou-se também, a
presença marcante da distribuição de poros bimodal na profundidade de 1,0m; o que já não
apresenta-se tão nitidamente para 3,0m; e, tende a homogênea a partir daí. Sendo importante
observar que, as curvas características dos solos compactados apresentaram comportamento
único para grau de saturação inferior a 20%.
- No processo de compactação utilizando-se a energia intermediária, verificou-se que as
curvas características se apresentam coincidentes até um grau de saturação igual a 70%.
- Ao sobrepor-se todas as curvas características obtidas (A.I., A.A., E.N. e E.I.) para 1,0 m de
profundidade, verificou-se a aproximação das mesmas para graus de saturação menores que
154
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20%; o que provavelmente é função da composição química e mineralógica dos solos.
Considerando-se graus de saturação superiores a 20% observa-se a grande diferenciação
apresentada da amostra indeformada para as demais, refletindo assim, o efeito da porosidade
existente. Quanto às amostras compactadas, ocorre uma certa igualdade entre as curvas para
graus de saturação menores que 60%. Tal fato sugere a predominância da natureza do solo,
quanto o comportamento, em detrimento da porosidade após a desestruturação do solo com a
compactação.
Efetuando-se semelhante análise para a profundidade de 9,0m, observa-se que as curvas
se aproximam até graus de saturação iguais a 30%, a partir daí apresentando diferenciação,
muito embora esta não se apresente tão marcante quanto à observada a 1,0m de profundidade.
Isto coloca em evidência a importância das diferenças estruturais entre as duas profundidades
no estado natural.
- Comparando-se as curvas referentes a 3,0, 5,0 e 7,0m, compactadas na energia normal, notase que estas são coincidentes para saturação menor que a correspondente ao ponto de entrada
de ar dos microporos; e, distintas para valores de saturação maiores que este. Tal fato aponta
para a importância da distribuição de poros na análise da curva característica e na avaliação da
influência da sucção no comportamento do solo.
- Aplicando-se o modelo de transformação da curva característica proposto por Camapum de
Carvalho e Leroueil (2000), observa-se uma certa dispersão das curvas características
transformadas, o que é provavelmente ocasionado pela diferenciação na distribuição de poros.
Observa-se também uma certa influência da presença da matéria orgânica, evidenciada pelos
maiores valores de sucção transformada em 1,0m de profundidade. No entanto, a aplicação do
modelo de transformação para o trecho mais linearizado da curva característica mostra um
agrupamento do 1,0 ao 5,0m e, do 7,0 ao 9,0m. Estes resultados apontam para a aplicabilidade
do modelo ao estudo dos solos compactados.
- Ao estudar-se a influência da umidade na sucção, em corpos de prova com densidades
variáveis ocorre uma nítida redução da sucção com o aumento da umidade de compactação,
para todas as profundidades trabalhadas. Observou-se ainda que, mesmo com diferentes
índices de vazios, não se verificou para a mesma umidade, alterações significativas na sucção,
o que coloca a umidade como o principal fator definidor da sucção.
155
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- Ainda considerando uma umidade de compactação fixa e, ao trabalhar-se com a sucção
transformada, ocorre o agrupamento dos pontos em tendências bem definidas, porém com
certas diferenças, à exceção das dispersões ocorridas para as maiores umidades de
compactação utilizadas (pontos mais úmidos). Cabe ressaltar que este agrupamento
geralmente apresentou uma única linha de tendência para os valores de sucção mais elevados,
o mesmo não ocorrendo para os pontos localizados no ramo úmido da curva de compactação,
onde a energia e o tipo de compactação exercem maior influência na estrutura do solo.
- Analisando-se a variação da sucção com o aumento da energia de compactação, verificou-se
que a sucção não sofre grandes variações com o aumento da energia aplicada. Tal fato
ocorrendo para uma determinada umidade de compactação.
- Ao aplicar-se o modelo de transformação observa-se que as curvas de sucção transformada
(epF) versus energia de compactação (N), se comportam de forma semelhante a partir de uma
determinada energia aplicada. Esta ocorrência indica a existência de uma distribuição de
poros semelhante a partir de uma determinada energia efetiva aplicada, a partir da qual o
índice de vazios estabiliza e, não é mais possível compactar-se a amostra.
- Agrupando-se os pontos por energia de compactação aplicada (N), observou-se que apesar
do índice de vazios influir na sucção, no caso do solo estudado este representa pouca
importância em relação à umidade de compactação. E ainda que, ao proceder-se a
transformação da sucção, não definiu-se tendência única, provavelmente porque a influência
do índice de vazios na sucção depende da umidade de compactação. No entanto, foi possível
agrupar os pontos por faixas de umidade (principalmente os pontos no ramo seco), o que do
ponto de vista prático é importante, pois em campo se trabalha com umidade e pesos
específicos limitados.
- Este agrupamento de pontos mostra ainda que, ocorre uma transição quanto ao
comportamento das curvas transformadas, onde surgem diferenças de 1,0 e 3,0m para 5,0 e
7,0m e, destes pontos para 9,0m. Este comportamento diferenciado coincidindo com
mudanças na composição química e mineralógica apresentadas para o perfil. No entanto, se
torna necessário à execução de análises microestruturais do solo compactado para que se torne
possível confirmar tal hipótese.
156
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- As curvas de isosucção apresentadas mostram as variações de sucção relativamente
pequenas que ocorrem no perfil de solo estudado. Destaca-se também sua importância prática,
pois sua utilização possibilita conhecer-se a sucção, a partir da umidade de compactação e do
peso específico, sem se tornar necessária sua constante medição.
- Os estudos de resistência à penetração (Mini-CBR e Cone (Ec)) em função da sucção
mostram que de uma maneira geral a sucção influência a resistência à penetração,
apresentando atuação mais efetiva em se tratando dos pontos com umidades de compactação
menores.
- Ao realizar-se o estudo Mini-CBR versus a sucção normalizada (pF/e) percebe-se uma
tendência a agrupamentos diferenciados, variando com a umidade de compactação e
profundidade trabalhada. No caso das profundidades de 1,0 e 3,0 m observa-se a existência de
tendência única nos pontos mais secos e, à medida que se trabalha com umidades maiores,
mesmo dentro do ramo seco da curva de compactação, esta tendência se torna menos definida.
A 5,0m, no entanto, existe uma tendência única englobando os pontos do ramo seco, o que
não ocorre a 7,0 e 9,0m de profundidade.
- Quanto às variações apresentadas pelo ensaio do Cone (Ec), aparentemente este instrumento
parece ser mais sensível as variações de sucção ocorridas dentro da massa do solo, do que o
Mini-CBR, parâmetro que parece ser mais função da densidade de cada corpo de prova. Ao
aplicar-se a normalização da sucção em relação ao índice de vazios, aos pontos Ec, observa-se
que alguns saem das tendências e, estes são sempre os que apresentam menor densificação.
No entanto, apesar da dispersão considerável, verifica-se uma tendência clara de aumento do
coeficiente de rigidez (Ec) com a sucção normatizada, além dos mesmos resultados apontarem
para a pouca influência das propriedades químicas e mineralógicas sobre a relação Ec x pF/e.
Portanto, estima-se que a melhoria da técnica de ensaio com o uso de corpos de prova
melhor confinados e com maiores dimensões poderá contribuir para a melhoria dos
resultados.
- As correlações obtidas entre o Mini-CBR e o Cone (Ec) apresentaram-se satisfatórias, com
coeficiente de correlação linear variando entre 0,904 a 0,996, o que mostra a grande
possibilidade de utilização do Cone adaptado. É necessário destacar que, estas correlações se
limitam no momento ao solo trabalhado e dentro das faixas de umidade utilizadas.
157
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- Os ensaios realizados com e sem imersão vêm a demonstrar, em termos quantitativos, a
importância da sucção na resistência à penetração.
5.1- SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS
O presente trabalho representa um passo importante no sentido de avaliar a influência da
sucção no comportamento de um perfil de solo laterítico do Distrito Federal (DF). De forma a
continuar as avaliações apresentadas neste trabalho, recomenda-se para pesquisas futuras:
- Análises a serem efetuadas em outros perfis de solo fino laterítico, mas com textura e gênese
diferentes;
- Avaliar a importância de estabilizantes químicos nas curvas características e no
comportamento mecânico do perfil de solo;
- Com base nas boas correlações obtidas entre o Mini-CBR e o Ec do cone, estes serem
realizados em campo e laboratório, de modo a se viabilizar análises que permitam o seu uso
na avaliação de estruturas de pavimento;
- Mediante resultados de ensaios efetuados em campo proceder-se o estudo através da
aplicação dos métodos de transformação e normatização propostos respectivamente por
Camapum de Carvalho e Leroueil (2000) e Camapum de Carvalho e Pereira (2001), de
maneira a poder definir condições ideais de projeto;
- De posse de um banco de dados proveniente de resultados de ensaios tanto de campo como
de laboratório, realizar análises numéricas objetivando avaliar o desempenho estrutural de
obras de terra ou pavimentos com solos finos estabilizados ou não.
158
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APÊNDICE A
PARÂMETROS DA MINI-COMPACTAÇÃO
Nas Tabelas A.1 a A.5 são apresentadas os parâmetros estipulados inicialmente e os
obtidos na realização do ensaio de Mini-Compactação para 1,0, 3,0, 5,0, 7,0 e 9,0m de
profundidade.
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Tabela A.1- 1,0m
Profundidade
C.P.
N
1,0 m
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
3
8
10
35
50
1
2
15
25
50
1
2
12
35
50
1
2
15
30
50
1
5
20
35
50
West (%)
3
 est (KN/m )
12,84
14,34
15,84
17,34
18,84
12,84
14,34
15,84
17,34
18,84
12,84
14,34
15,84
17,34
18,84
12,84
15,84
18,84
14,34
15,84
12,84
14,34
15,84
17,34
18,84
16
19
22
25
28
Wobt (%)
16,49
19
21,98
24,9
28,07
3
 obt (p) (KN/m )
3
 obt (b) (KN/m )
13,65
15,18
15,77
17,64
17,99
12,76
14,41
15,47
17,1
17,13
12,51
14,52
15,97
16,37
16,35
13,91
14,39
14,26
14,55
14,59
14,53
14,48
15,24
14,62
14,59
14,19
15,13
15,81
17,84
18,37
12,74
14,64
15,56
17,53
17,66
12,55
14,62
15,98
16,05
16,38
14,01
14,5
14,49
15,57
15,12
14,96
15,26
15,23
15,16
15,21
(a)
Profundidade
C.P.
N
1,0 m
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
3
8
10
35
50
1
2
15
25
50
1
2
12
35
50
1
2
15
30
50
1
5
20
35
50
West (%)
3
 est (KN/m )
12,84
14,34
15,84
17,34
18,84
12,84
14,34
15,84
17,34
18,84
12,84
14,34
15,84
17,34
18,84
12,84
15,84
18,84
14,34
15,84
12,84
14,34
15,84
17,34
18,84
16
19
22
25
28
Wobt (%)
16,49
19
21,98
24,9
28,07
3
3
 obt (p) (KN/m )
 obt (b) (KN/m )
13,41
15,1
15,8
17,5
17,55
12,66
14,54
15,5
16,96
17,17
12,67
14,15
15,83
16,26
16,45
13,79
14,26
14,59
15,77
15,8
14,46
14,63
15,35
14,74
14,53
14,32
15,22
15,9
17,69
18,11
10,32
14,96
15,49
17,72
15,04
12,93
14,07
15,68
16,3
16,17
13,92
14,12
14,1
15,76
15,78
15,44
15,39
15,39
15,16
15,15
(b)
168
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Tabela A.2- 3,0m
Profundidade
C.P.
N
3,0 m
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
1
2
12
25
50
1
2
15
25
50
1
2
14
25
50
1
2
12
25
50
1
2
8
20
35
West (%)
3
 est (KN/m )
13,18
14,34
15,5
16,63
17,75
13,18
14,34
15,5
16,63
17,75
13,18
14,34
15,5
16,63
17,75
13,18
14,34
15,5
16,63
17,75
13,18
14,34
15,5
16,63
17,75
18
21
24
27
30
Wobt (%)
18,07
21,29
24,05
26,99
30,47
3
 obt (p) (KN/m )
3
 obt (b) (KN/m )
15,2
14,93
15,73
17,05
17,6
12,82
14,37
15,69
17,07
16,86
14,08
14,38
15,44
16,06
16,11
13,5
15,12
15,43
15,42
15,17
14,61
14,87
14,66
14,8
14,53
15,52
15,01
16,31
17,81
18,43
13,64
14,52
15,54
16,7
16,25
14,35
14,53
15,72
15,73
16,02
13,65
15,02
15,57
15,05
15,11
15,01
15,04
15,11
14,86
14,98
3
 obt (p) (KN/m )
3
 obt (b) (KN/m )
14,66
14,55
16,02
16,74
17,42
12,71
14,3
15,55
16,97
16,86
12,98
15,85
15,82
15,98
15,77
13,25
15,08
15,36
14,65
15,66
14,71
14,73
14,74
14,54
14,71
16,02
16,38
16,72
17,36
18,52
12,82
14,42
15,47
17,33
17,18
13,2
16,1
15,78
16,1
15,71
13,74
15,26
14,97
15,45
15,43
15,12
14,88
14,89
15,04
14,96
(a)
Profundidade
C.P.
N
3,0 m
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
1
2
12
25
50
1
2
15
25
50
1
2
14
25
50
1
2
12
25
50
1
2
8
20
35
West (%)
3
 est (KN/m )
13,18
14,34
15,5
16,63
17,75
13,18
14,34
15,5
16,63
17,75
13,18
14,34
15,5
16,63
17,75
13,18
14,34
15,5
16,63
17,75
13,18
14,34
15,5
16,63
17,75
18
21
24
27
30
Wobt (%)
18,07
21,29
24,05
26,99
30,47
(b)
169
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Tabela A.3- 5,0m
Profundidade
C.P.
N
5,0 m
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
8
12
20
35
50
5
11
14
22
35
1
2
12
20
35
1
2
8
25
50
1
5
8
22
35
West (%)
3
 est (KN/m )
13,18
14,34
15,5
16,49
17,47
13,18
14,34
15,5
16,49
17,47
13,18
14,34
15,5
16,49
17,47
13,18
14,34
15,5
16,49
17,47
13,18
14,34
15,5
16,49
17,47
16
19
22
25
28
Wobt (%)
16,43
19,06
21,84
25,41
28,16
3
 obt (p) (KN/m )
3
 obt (b) (KN/m )
13,89
14,72
15,54
16,03
15,66
13,79
15,24
15,88
16,77
17,72
12,70
14,39
15,20
16,70
16,72
13,66
14,84
16,05
15,91
15,75
15,13
15,34
15,41
15,37
15,43
14,89
14,94
15,68
16,43
16,43
13,93
15,44
15,79
16,56
17,47
13,23
14,87
15,23
16,63
16,59
14,41
15,22
15,85
15,67
15,72
15,15
15,06
15,46
15,28
15,20
(a)
Profundidade
C.P.
N
5,0 m
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
8
12
20
35
50
5
11
14
22
35
1
2
12
20
35
1
2
8
25
50
1
5
8
22
35
West (%)
3
 est (KN/m )
13,18
14,34
15,5
16,49
17,47
13,18
14,34
15,5
16,49
17,47
13,18
14,34
15,5
16,49
17,47
13,18
14,34
15,5
16,49
17,47
13,18
14,34
15,5
16,49
17,47
16
19
22
25
28
Wobt (%)
16,43
19,06
21,84
25,41
28,16
3
3
 obt (p) (KN/m )
 obt (b) (KN/m )
14,34
14,67
15,33
16,22
15,71
13,91
15,73
16,05
16,48
17,68
12,67
14,26
15,55
16,59
16,54
13,98
15,26
15,91
15,76
16,13
14,83
15,44
15,37
13,60
15,28
15,55
15,08
15,67
16,21
16,21
14,21
15,58
15,85
16,66
18,11
13,15
14,93
15,72
17,20
17,21
13,95
15,85
16,10
16,10
16,14
15,11
15,54
15,71
14,95
15,37
(b)
170
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Tabela A.4- 7,0m
Profundidade
C.P.
N
7,0 m
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
4
9
12
35
50
6
9
11
14
32
1
2
3
15
25
1
2
3
25
35
1
8
12
35
50
West (%)
3
 est (KN/m )
13,53
14,34
15,15
16,4
17,64
13,53
14,34
15,15
16,4
17,64
13,53
14,34
15,15
16,4
17,64
13,53
14,34
15,15
16,4
17,64
13,53
14,34
15,15
16,4
17,64
18
21
24
27
30
Wobt (%)
18,5
20,59
24,31
26,66
29,83
3
 obt (p) (KN/m )
3
 obt (b) (KN/m )
13,44
14,28
15,38
16,37
16,99
14,24
15,18
16,06
16,40
17,04
13,38
14,76
15,39
16,20
16,24
13,87
14,64
15,65
15,20
15,37
15,20
14,36
14,98
15,20
14,89
13,81
15,20
15,46
16,82
17,30
14,08
15,06
16,00
15,88
17,28
13,48
15,02
15,72
16,18
16,10
14,05
14,76
15,57
15,81
15,41
15,10
14,91
15,18
15,16
15,19
(a)
Profundidade
C.P.
N
7,0 m
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
4
9
12
35
50
6
9
11
14
32
1
2
3
15
25
1
2
3
25
35
1
8
12
35
50
West (%)
3
 est (KN/m )
13,53
14,34
15,15
16,4
17,64
13,53
14,34
15,15
16,4
17,64
13,53
14,34
15,15
16,4
17,64
13,53
14,34
15,15
16,4
17,64
13,53
14,34
15,15
16,4
17,64
18
21
24
27
30
Wobt (%)
18,5
20,59
24,31
26,66
29,83
3
3
 obt (p) (KN/m )
 obt (b) (KN/m )
13,14
14,46
15,13
16,49
17,02
14,49
15,15
15,54
16,54
17,11
13,47
14,82
15,55
16,46
16,09
14,22
14,82
16,12
15,22
15,15
14,36
14,90
15,24
15,24
14,93
13,59
14,88
15,07
16,51
17,03
14,40
15,38
15,67
16,36
16,94
14,06
15,15
15,93
16,36
16,89
15,80
13,59
16,10
15,88
15,59
15,36
15,34
15,78
15,33
15,97
(b)
171
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Tabela A.5- 9,0m
Profundidade
C.P.
N
9,0 m
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
4
8
12
25
50
4
5
10
16
25
1
2
3
15
30
1
2
3
15
30
1
2
5
15
20
West (%)
16
19
22
25
28
3
 est (KN/m )
14,34
14,87
15,4
16,88
18,35
14,34
14,87
15,4
16,88
18,35
14,34
14,87
15,4
16,88
18,35
14,34
14,87
15,4
16,88
18,35
14,34
14,87
15,4
16,88
18,35
Wobt (%)
16,01
18,83
22,07
25,22
27,52
3
 obt (p) (KN/m )
3
 obt (b) (KN/m )
14,67
15,40
16,03
16,87
17,00
14,75
15,13
15,35
17,05
17,61
13,81
14,93
15,67
16,39
16,99
14,55
15,78
16,24
16,54
16,17
15,38
15,64
15,13
15,44
15,76
14,27
15,21
15,66
16,51
16,41
14,90
15,35
14,32
17,22
17,66
14,33
15,23
15,77
16,28
17,16
14,05
15,25
16,08
16,45
16,34
15,64
15,42
15,83
15,77
15,40
3
 obt (p) (KN/m )
3
 obt (b) (KN/m )
14,69
15,66
15,98
16,71
17,03
14,53
15,24
14,97
17,26
17,60
13,94
14,88
15,70
16,17
16,85
14,46
15,73
16,51
16,43
16,37
15,44
15,55
15,54
15,16
15,65
14,51
15,51
16,03
16,40
17,16
14,64
15,38
15,23
17,48
17,88
14,66
15,52
16,12
16,41
17,57
14,16
15,50
16,75
16,69
16,59
15,64
15,57
15,83
15,84
15,92
(a)
Profundidade
C.P.
N
9,0 m
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
4
8
12
25
50
4
5
10
16
25
1
2
3
15
30
1
2
3
15
30
1
2
5
15
20
West (%)
16
19
22
25
28
3
 est (KN/m )
14,34
14,87
15,4
16,88
18,35
14,34
14,87
15,4
16,88
18,35
14,34
14,87
15,4
16,88
18,35
14,34
14,87
15,4
16,88
18,35
14,34
14,87
15,4
16,88
18,35
Wobt (%)
16,01
18,83
22,07
25,22
27,52
(b)
172
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APÊNDICE B
ANÁLISE DA SUCÇÃO CONSIDERANDO UMA ENERGIA DE COMPACTAÇÃO
FIXA
Nas Figuras B.1 a B.5 são apresentados gráficos (pF x w), (pF x Sr) e (epF x Sr) para 3,0,
5,0, e 7,0m de profundidade.
N=2
N=8
N = 15
N = 35
N= 4
N = 12
N = 20
N = 50
N=1
N=6
N = 14
N = 25
Seqüência13
100000
pF
4
1000
3,5
3
100
pF
10000
ua-uw (KPa)
5
2,5
2
10
15
20
25
N= 4
N = 12
N = 20
N = 50
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
5,5
4,5
N= 2
N= 8
N = 15
N = 35
100000
10000
1000
100
40
30
50
60
w (%)
70
80
90
ua-uw (KPa)
N=1
N=6
N = 14
N = 25
Seqüência13
6
10
100
Sr (%)
(a)
(b)
N= 1
N=2
N=4
N= 6
N=8
N = 12
N = 14
N = 15
N = 20
N = 25
N = 35
N = 50
5
4,5
epF
4
3,5
3
18%
21%
2,5
2
40
50
60
70
80
90
100
Sr (%)
(c)
Figura B.1- 3,0 m.
173
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N=1
N=8
N = 14
N = 25
Seqüência13
N=2
N = 11
N = 20
N = 35
N= 5
N = 12
N = 22
N = 50
6
N=1
N=8
N = 14
N = 25
Seqüência13
100000
N= 5
N = 12
N = 22
N = 50
6
5,5
100000
4
1000
10000
4,5
4
3,5
1000
ua-uw (KPa)
4,5
5
pF
10000
ua-uw (KPa)
5,5
5
pF
N=2
N = 11
N = 20
N = 35
3,5
3
100
10
15
20
25
3
30
40
50
60
70
80
90
100
100
Sr (%)
w (%)
(a)
(b)
N=1
N=2
N=5
N= 8
N = 11
N = 12
N = 14
N = 20
N = 22
N = 25
N = 35
N = 50
5
4,5
epF
4
3,5
3
16%
22%
2,5
2
40
50
60
70
80
90
100
Sr (%)
(c)
Figura B.2- 5,0 m.
174
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N= 2
N= 6
N = 11
N = 15
N = 35
N= 3
N= 8
N = 12
N = 17
N = 50
10000
1000
3,5
3
pF
4
20
25
N= 3
N= 8
N = 12
N = 17
N = 50
10000
4
1000
3,5
3
100
15
N= 2
N= 6
N = 11
N = 15
N = 35
4,5
ua-uw (KPa)
4,5
pF
N=1
N=4
N=9
N = 14
N = 25
Seqüência16
5
40
30
50
wW(%)
(%)
60
70
80
90
ua-uw (KPa)
N=1
N=4
N=9
N = 14
N = 25
Seqüência16
5
100
100
Sr (%)
(a)
(b)
N=1
N=8
N = 15
N=2
N=9
N = 17
N=3
N = 11
N = 25
N= 4
N = 12
N = 35
N= 6
N = 14
N = 50
5
4,5
epF
4
3,5
18%
21%
3
2,5
2
40
50
60
70
80
90
100
Sr (%)
(c)
Figura B.3- 7,0 m.
175
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APÊNDICE C
ENSAIO MINI-CBR E CONE
Nas Tabelas C.1 a C.10 são apresentadas os parâmetros estipulados inicialmente e os
obtidos na realização do ensaio de resistência à penetração Mini-CBR e Cone, para 1,0, 3,0,
5,0, 7,0 e 9,0m de profundidade.
Tabela C.1- 1,0m
Profundidade
umidades de compactação
Peso Específico
Corpo de Prova
Mini- Cbr
13,64
15,77
15,18
17,64
17,98
15,47
12,75
14,41
17,1
17,13
12,51
14,52
16,35
16,37
15,97
13,91
14,55
14,39
15,48
15,6
14,47
14,53
15,24
14,62
14,59
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
17,46
40
31,4
46,7
62,04
36,1
10
14,5
22,55
22,49
3,92
7,58
18,4
15,69
19,91
4,15
x
5,67
11,64
9,2
7,45
5,08
4,88
5,6
6,87
16%
19%
1,0 m
22%
25%
28%
176
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Tabela C.2- 1,0m
Profundidade
umidades de compactação
Peso Específico
Corpo de Prova
Cone (Ec)
13,41
15,801
15,1
17,5
17,55
15,5
12,66
14,54
16,96
17,17
12,67
14,15
16,45
16,26
15,83
13,79
14,58
14,25
15,76
15,79
14,63
14,46
15,35
14,73
14,53
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
2,5
29,58
30
38,93
32,876
11,188
11,485
2,812
8,96
11,25
1,012
1,905
4,097
6,376
5,876
1,1
x
0,9852
0,947
1,968
1,4
0,85
1,126
1,562
1,262
Peso Específico
Corpo de Prova
Mini-CBR
15,73
14,92
15,2
17,05
17,61
12,81
17,07
14,37
16,86
15,69
14,38
15,44
14,08
16,06
16,11
15,43
15,12
13,5
15,42
15,17
14,66
14,87
14,61
14,8
14,53
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
33,5
26,4
25,94
42
44,99
9,62
28,68
17,75
23,4
20,15
5,8
13,6
6,18
13,52
17,55
10,7
8,4
3,9
6,96
7,38
3,65
2,95
4,8
3,67
3,65
16%
19%
1,0 m
22%
25%
28%
Tabela C.3- 3,0m
Profundidade
umidades de compactação
18%
21%
3,0 m
24%
27%
30%
177
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Tabela C.4- 3,0m
Profundidade
umidades de compactação
Peso Específico
Corpo de Prova
Cone (Ec)
16,01
14,55
14,66
16,74
17,41
12,71
16,97
14,3
16,86
15,55
15,85
15,82
12,98
15,98
15,77
15,36
15,08
13,25
14,64
15,66
14,74
14,73
14,71
14,54
14,71
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
5,94
2,588
3,25
24,586
23,76
4,452
13,217
4,22
7,124
20
6,04
4,375
1,012
2
5
3,188
2,931
0,562
1,875
2,235
0,562
0,626
1,062
0,85
1,15
Peso Específico
Corpo de Prova
Mini-CBR
15,54
14,72
13,89
15,65
16,027
15,88
15,236
13,792
16,774
17,72
12,7
14,388
16,724
16,69
15,198
16,695
18,296
19,707
19,675
19,493
15,412
15,128
15,33
15,374
15,43
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
9,05
9,75
11,3
10,21
10,65
42,5
37,41
21,34
70,5
86,81
15,5
23,31
45,92
39,35
35
8,39
8,2
24
21,42
18,31
36,72
x
21,71
38,63
x
18%
21%
3,0 m
24%
27%
30%
Tabela C.5- 5,0m
Profundidade
umidades de compactação
16%
19%
5,0 m
22%
25%
28%
178
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Tabela C.6- 5,0m
Profundidade
umidades de compactação
Peso Específico
Corpo de Prova
Cone (Ec)
15,37
14,83
15,43
13,604
15,27
16,04
15,726
13,9
16,48
17,67
12,67
14,26
16,53
16,59
15,55
13,98
15,25
15,906
15,76
16,12
15,32
14,67
14,34
15,71
16,22
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
5,288
3,376
3,6
3,065
6,812
13
11,252
3,065
13,124
27,08
5,452
8,1575
15,973
14,0625
12,153
4,92
23,33
7,938
4,5
6,188
3,9075
4,32
4,1
3,853
3,438
Peso Específico
Corpo de Prova
Mini-CBR
15,13
14,46
13,14
16,48
17,01
15,53
15,14
14,49
16,54
17,108
16,09
14,81
13,46
16,45
15,54
16,12
14,82
14,22
15,22
15,15
15,24
14,35
14,89
15,24
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
24,55
16,72
12,48
35,46
31,7
37,2
34
25,1
39
44,8
19,58
20,11
16,29
36,84
20,11
18
17,55
11,42
22,7
16,14
13,25
10,79
10,52
13,04
x
16%
19%
5,0 m
22%
25%
28%
Tabela C.7- 7,0m
Profundidade
umidades de compactação
18%
21%
7,0 m
24%
27%
30%
179
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Tabela C.8- 7,0m
Profundidade
umidades de compactação
Peso Específico
Corpo de Prova
Cone (Ec)
15,38
14,28
13,44
16,37
16,98
16,06
15,18
14,24
16,4
17,03
16,24
14,75
13,37
16,2
15,39
15,64
14,64
13,87
15,2
15,37
15,19
14,36
14,97
15,2
14,891
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
4,388
3,688
1,126
10,63
9,5
14,752
12,504
6,074
15,41
19,752
14,197
15,47
8,375
19,25
12
4,062
9,876
5,55
6,5625
2,812
2,762
3,812
2,512
4,097
x
Peso Específico
Corpo de Prova
Mini-CBR
16,03
15,4
14,66
16,87
17
15,35
14,74
15,13
17,05
17,61
15,67
13,806
14,93
16,38
16,99
15,77
16,23
16,53
14,55
16,17
15,64
15,12
15,38
15,44
15,76
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
CP1
CP3
CP5
CP7
CP9
15,5
15,95
15,1
21,66
23,69
19,08
15,1
17,16
22,2
23,59
15,75
11,61
14,3
27,4
27,64
16
x
25
14,54
22,64
8,15
9,25
5,42
9,6
10,76
18%
21%
7,0m
24%
27%
30%
Tabela C.9- 9,0m
Profundidade
umidades de compactação
16%
19%
9,0m
22%
25%
28%
180
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Tabela C.10- 9,0m
Profundidade
umidades de compactação
Peso Específico
Corpo de Prova
Cone (Ec)
15,97
15,65
14,68
16,7
17,02
14,96
14,52
15,24
17,26
17,59
15,7
13,93
14,88
16,16
16,85
15,72
16,51
16,42
14,46
16,37
15,54
15,54
15,44
15,15
15,65
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
CP2
CP4
CP6
CP8
CP10
8
3,624
2,312
12,586
14,504
5,155
5,248
6,66
9,822
12,23
8,75
4,92
4,3
9,685
8,037
2,931
x
6,876
0,562
5,376
3,75
1,5
2,362
2,25
2,226
16%
19%
9,0m
22%
25%
28%
181
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