ESTUDO DE MISTURAS DE SOLO ARGILOSO LATERÍTICO DO
NOROESTE DO RIO GRANDE DO SUL E MATERIAL BRITADO PARA
USO EM PAVIMENTOS ECONÔMICOS
André de Freitas Zwirtes 1; Carine Norback 2; Lucas Pufal 3;
Mariana Bamberg Amaral 4; Anna Paula Sandri Zappe 5;
Me. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs 6; Dr. Cesar Alberto Ruver 7
RESUMO
O Brasil, país que tem a necessidade de investimentos de grande vulto em infraestrutura, a inserção de conceitos de
sustentabilidade e responsabilidade social, e a escassez de recursos financeiros para atendimento das demandas, que
certamente serão ampliadas nos próximos anos pela conjuntura econômica e política nacional, são fortes razões para o
uso de materiais alternativos locais na execução de construção e manutenção de rodovias. Nesse contexto, o presente
trabalho tem como objetivo descrever parte da pesquisa que pretende avaliar misturas de material britado e de solo
laterítico argiloso proveniente da cidade de Ijuí, em bases e sub-bases para execução de pavimentos mais econômicos.
Este solo utilizado localmente como subleito de rodovias pavimentadas e de leito estradal de não pavimentadas, pode
ser encontrado facilmente na região, contribuindo para a sua imediata obtenção e complementarmente reduzindo
drasticamente o passivo ambiental que a pavimentação de vias provoca. A pesquisa baseia-se predominantemente na
metodologia proposta pelos pesquisadores Job Shuji Nogami e Douglas Fadul Villibor para utilização em pavimentos
econômicos de misturas SLAD, de solos lateríticos e agregados graúdos. Os resultados da pesquisa com algumas
misturas de solo e britas tiveram resultados parcialmente satisfatórios. Já a pesquisa no estágio atual, que está integrada
a projeto de estudo de solo argiloso laterítico regional para uso em pavimentos econômicos, pretende comprovar a
possibilidade do emprego de misturas de solo e material britado, cuja granulometria se encaixe nas especificações de
bases de brita graduada, na constituição de bases e sub-bases, respectivamente, de rodovias vicinais e pavimentos
urbanos sujeitos a baixo volume de tráfego, além de sinalizar qual seria a proporção ideal destes materiais.
PALAVRAS-CHAVE: Solos, Materiais Alternativos, Pavimentação, Argilas Lateríticas, Misturas SLAD.
ABSTRACT
In a country like Brazil, which requires large investments in infrastructure, the inclusion of sustainability and social
responsibility concepts, and insufficient financial resources to attend the demands are important arguments to the use of
local materials in the execution of construction and maintenance of highways. In this context, this study has the
objective to describe a part of the research that intend to evaluate the use of lateritic clay soil from the Ijuí city, in bases
and subbases for pavement running more economical in nature and mixed with sand and stone powder. This soil
eventually used in the region as subgrade of paved and roadbed of unpaved roads, can easily be found in this region,
which contributes to its easy obtainment and additionally dramatically reducing environmental liabilities that causes
road paving. The research utilizes both traditional methodology, widely recognized as not very suitable for tropical soils
as this thin lateritic soil, as well as the MCT methodology, created specifically for these types of soils. The results of
this research encouraged continuing studies, since in the current stage of the investigation, it intend to prove the
possibility the use of this soil in bases and subbases constitution, respectively, of side roads and pavements subject to
urban low traffic volume.
KEY WORDS: Soil, Alternative Materials, Paving, lateritic clays, SLAD mixtures.
1, 2, 3, 4, 5, 6
Curso de Engenharia Civil, Rua do Comércio, 3000, Bairro Universitário, Universidade Regional do
Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, Ijuí, Brasil,
[email protected],
[email protected],
[email protected],
[email protected],
[email protected], [email protected].
7
Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Rio Grande do Sul - UFRGS, Porto Alegre,
Brasil, [email protected]
1. INTRODUÇÃO
O Sistema Nacional de Viação indica que 78,6 % da malha total são compostas de rodovias não
pavimentadas, sendo 92,2% de jurisdição municipal e tendo no Rio Grande do Sul somente 7%
destas pavimentadas (DNIT, 2014). Mesmo que nos últimos anos não vêm ocorrendo um
crescimento econômico acentuado (CNT, 2014), a sociedade exige cada vez mais qualidade em
infraestrutura e investimentos em pavimentação de rodovias. Por outro lado, o alto custo de
exploração e transporte de agregados convencionais utilizados em bases e sub-bases de rodovias e
as restrições ambientais impostas inviabilizam qualquer política intensiva de pavimentação,
principalmente no âmbito municipal. Sendo assim, cresce o interesse e a necessidade pelo uso dos
materiais alternativos. Estes materiais são encontrados no próprio local das rodovias já implantadas,
mas não pavimentadas, que podem ser utilizados em sua pavimentação contribuindo com o
crescimento econômico destas regiões e minimizando os impactos ambientais.
Os engenheiros Douglas Fadul Villibor e Job Shuji Nogami desenvolveram uma nova sistemática
de ensaios de solos que caracteriza melhor os solos tropicais em seu ambiente. Além disso,
passados mais de 40 anos da dissertação que Villibor (1974) apresentou sob o título “Utilização de
solo arenoso fino na execução de bases para pavimento de baixo custo”, que causou enorme
impacto no meio científico da área, os autores publicaram em 2009 o livro “Pavimentos
Econômicos – Tecnologia do uso dos solos finos lateríticos” que vem a coroar toda uma vida no
estudo e desenvolvimento da pavimentação econômica. E neste mesmo livro, Villibor e Nogami
(2009) no prefácio dissertaram:
Almeja-se que os conceitos apresentados possam contribuir para o surgimento de
novos programas de pesquisa na área de pavimentação no meio científico. Espera-se, também, que
contribuam para acelerar a implementação de programas de rodovias vicinais com pavimentação de baixo
custo para vias urbanas, algo que o Brasil é extremamente carente.
Com este espírito em meados de 2012 propôs-se o projeto de pesquisa denominado “Estudo de Solo
Argiloso Laterítico para Uso em Pavimentos Econômicos” vinculado ao Grupo de Pesquisa
institucional da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ:
“Grupo de Pesquisa em Novos Materiais e Tecnologias para Construção”. Fazendo parte deste
projeto a presente pesquisa tem como objetivo avaliar o uso de solo argiloso, de caráter laterítico de
acordo com a metodologia MCT, proveniente da cidade de Ijuí, em bases e sub-bases de
pavimentos econômicos, misturado a britas de basalto de acordo com o estudo geotécnico de solo
laterítico – agregado para bases com uso da metodologia MCT proposto em Villibor e Nogami
(2009).
De acordo com Villibor e Nogami (2009) “as bases de solo-agregado são usadas em diversos
estados brasileiros. No caso de São Paulo, em sua Região Central, seu uso é intenso, pois há
abundância de jazidas de solos lateríticos ao lado de pedreiras comerciais que fornecem agregados
britados com uniformidade granulométrica, a preços baixos”.
Estudos foram realizados por Couto (2009) no Rio Grande do Sul com misturas solo-agregado com
teor de 60% de brita para uso em bases e sub-bases, porém seguindo as especificações tradicionais
baseadas nos ensaios de ISC (índice suporte Califórnia) e adequação a faixas granulométricas.
Porém pouco diferente da metodologia proposta por Villibor e Nogami (2009) e adotada neste
trabalho.
2. METODOLOGIA
A metodologia do trabalho está alicerçada nas seguintes etapas: retirada das amostras de solo,
realização de ensaios tradicionais de caracterização e compactação do solo natural, execução de
ensaios da Metodologia MCT, definição das proporções de misturas de solo natural com brita de
basalto, obtenção de dados de ensaios de abrasão Los Angeles e de sanidade da brita, realização de
ensaios de granulometria e de índice de suporte Califórnia (ISC) das misturas.
A região de Ijuí, localizada no noroeste do estado do Rio Grande do Sul, de acordo com o
Informativo da EMATER/RS de julho de 1999, que atualizou a Classificação Taxonômica das
Unidades de Mapeamento do Levantamento de Reconhecimento dos Solos do Estado do Rio
Grande do Sul, se insere na unidade de mapeamento LATOSSOLO VERMELHO Distroférrico
típico (STRECK et al. 1999). Já a área em que se localizam os materiais estudados está inserida na
região geológica da Formação Serra Geral, que segundo o IBGE (1986), é considerada como um
agrupamento de vulcanitos predominantemente basálticos entremeados com termos ácidos,
sobretudo no topo do pacote, e intercalados com arenitos de origem eólica da Formação Botucatu.
A argila vermelha utilizada neste trabalho foi retirada de um corte próximo do prédio do Hospital
Veterinário, no campus da UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande
do Sul, na cidade de Ijuí (RS). A profundidade de extração das amostras foi em torno de 2 metros
da superfície, pertencente ao horizonte B do latossolo.
As britas de número 1 e a de número 2 foram utilizadas nas misturas e são oriundas de uma pedreira
localizada em município próximo a Ijuí, Coronel Barros, distante 16 km, com custo de aquisição em
torno de R$ 50,00 por metro cúbico.
A argila vermelha utilizada no estudo foi escolhida por ter as características visuais semelhantes dos
subleitos da malha viária das estradas vicinais de Ijuí e região. Apresenta-se na Figura 1 imagens do
local da retirada do solo e de detalhe do barranco. O propósito da pesquisa é utilizar o próprio solo
do local de execução da rodovia, portanto evitando custo de transporte de parte do material utilizado
em bases e sub-bases.
Os ensaios de limite de liquidez e limite de plasticidade foram realizados, respectivamente, de
acordo com a NBR 6459/1984 e a NBR 7180/1984. As análises granulométricas foram realizadas
conforme a NBR 7181/1984. A massa específica real foi determinada pelo método preconizado na
NBR 6508/1984. Os ensaios de compactação foram executados conforme o método de ensaio da
NBR 7182/1986 utilizando a energia modificada. Todas as amostras dos ensaios de caracterização e
de compactação descritos acima foram preparadas de acordo com a NBR 6457/1986. Já a
determinação do Índice de Suporte Califórnia (ISC) foi feita conforme prescreve a NBR 9895/1987,
para um ponto em torno do peso específico aparente seco máximo e umidade ótima.
Figura 1. Local de retirada das amostras de solo e detalhe do barranco
Todos os ensaios citados foram realizados no Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUI. Os
ensaios realizados para a classificação MCT da argila vermelha foram realizados no Laboratório de
Geotecnia e Concreto da Escola de Engenharia da FURG - Universidade Federal de Rio Grande de
acordo com o especificado por Nogami e Villibor (1995). Os ensaios de abrasão Los Angeles e
sanidade (durabilidade pelo emprego de sulfato de sódio) foram realizados na Universidade Federal
de Santa Maria. As misturas de solo natural e brita inicialmente foram definidas conforme sugerido
em Villibor e Nogami (2009). Como o solo natural foi classificado como LG’ (laterítico argiloso) as
misturas foram realizadas com adição de brita 1 na proporção em peso de 40, 45 e 50%, sendo
chamadas respectivamente de SLAD 40 %, SLAD 45% e SLAD 50%. Como os resultados de ISC
não foram satisfatórios pesquisou-se misturas na proporção de 60, 65 e 70 %. Já no ano de 2014,
foram analisadas misturas de solo com brita 2 na proporção de 55, 60, 65, 70 e 80%, sendo
apresentados resultados apenas das misturas 60, 70 e 80 %. No final do ano de 2014 estudaram-se
misturas de solo e pedrisco sem obtenção de mistura que obtivêssemos resultado satisfatório. Já em
2015 estuda-se composição de material granular adotada por empresa pavimentadora em bases de
brita graduada misturadas com o solo laterítico.
3. RESULTADOS
Como informado anteriormente, a proposta era estudar várias misturas de solo laterítico agregado
descontínuo (SLAD). De pesquisa com o mesmo solo foram utilizados os resultados de ensaios do
solo natural (Bernardi et al, 2013) e posteriormente realizados os ensaios com a brita e as misturas
SLAD.
O solo no estado natural apresentou os valores de 65%, 39% e 26%, respectivamente para limite de
liquidez, limite de plasticidade e índice de plasticidade. A massa específica real foi de 2,885 g/cm³.
Quanto às classificações tradicionais de solos, a do Sistema Unificado de Classificação de Solos –
SUCS – ou Classificação de Casagrande, leva em conta a granulometria, a plasticidade e a presença
de matéria orgânica. Por este sistema, a argila vermelha de Ijuí foi classificada como MH – silte
elástico (mesmo sendo predominantemente argiloso).
Já segundo o Sistema Rodoviário de Classificação – HRB/AASHTO, o solo é do grupo A-7-5 (18).
Segundo DNIT (2006), o grupo de solo A-7-5 encerra materiais com índice de plasticidade
moderado em relação ao limite de liquidez, podendo ser altamente elástico e sujeito a elevadas
mudanças de volume. E reforça que esta classificação indica um comportamento do solo como
subleito considerado sofrível a mau. Este mau comportamento não se confirma na prática para os
solos lateríticos, sendo inclusive possível o uso em bases e sub-bases, senão no estado natural mas
misturado a outros materiais granulares.
No Laboratório de Geotecnia e Concreto da Universidade Federal do Rio Grande – FURG foram
realizados ensaios para a classificação MCT do solo natural. Os valores obtidos para c’ (coeficiente
angular), d’ (coeficiente de inclinação), e Pi (perda de massa por imersão) para mini-MCV, foram
respectivamente 2,86, 41,50 e 0%.
Com os valores de d’ e PI calcula-se o coeficiente e’ pela equação (1) abaixo:
(1)
Calculando e’ obtém-se (0,78). Com este valor e o de c’, pode-se classificar a argila como solo de
comportamento laterítico argiloso – LG’ por meio do gráfico de classificação MCT que é
apresentado na Figura 2.
Figura 2. Gráfico de Classificação MCT
Os valores admissíveis para solos finos para uso em misturas SLAD são apresentados na Tabela 1
de acordo com recomendado por Villibor e Nogami (2009) e na Tabela 2 apresenta-se os valores
para o solo estudado dos ensaios de mini-CBRHo (na umidade ótima na energia intermediária),
mini-CBRis (imerso com sobrecarga) expansão com sobrecarga e relação RIS. Nota-se que o valor
de 31% para o Mini-CBRHo se enquadra na condição aceitável > 30%, nos intervalos admissíveis
dado por Villibor e Nogami (2009), como apresentado na Tabela 1. Já a expansão de valor 0,14% se
enquadrou na condição ideal, com um valor bem abaixo do recomendado. Outro fator opcional é a
Relação RIS que apresentou 67,7% se enquadrando na opção aceitável. Oportunamente será
realizado o ensaio de contração do solo natural.
Tabela 1. Valores admissíveis para solos finos
Tabela 2. Valores de mini-CBRs, expansão e relação RIS do solo
Solo Natural
Mini-CBRHo
Mini-CBRis
Expansão com
Relação RIS
(%)
(%)
sobrecarga (%)
(%)
31
21
0,14
67,7
Na Figura 3 apresentam-se as curvas granulométricas do solo natural, das brita 1 e 2 e algumas das
principais misturas SLAD estudadas.
Figura 3. Curva granulométrica da argila, das britas 1 e 2 e das misturas SLAD
Já Couto (2009) estudou misturas solo-agregado utilizando uma argila muito semelhante retirada da
rodovia RS-529, no trecho entre Davi Canabarro e Casca a cerca de 240 km de Ijuí. Os resultados
de ensaios de limites de liquidez e de plasticidade e índice de plasticidade foram de 53%, 30 % e
23%. A porcentagem passante na peneira nº 200 das duas argilas são iguais no valor de 94%. Os
valores obtidos para o coeficiente e’ (índice de laterização), c’ (coeficiente angular), d’ (coeficiente
de inclinação), e Pi (perda de massa por imersão) para mini-MCV, foram respectivamente 0,77, 2,4,
48 e 0%, todos valores muito semelhantes aos valores encontrados pela argila de Ijuí.
Villibor e Nogami (2009) recomendam que o agregado britado deva atender a características de
resistência dos grãos e de granulometria. Para a primeira, o resultado do ensaio de abrasão Los
Angeles deve ser menor de 50% e para a segunda característica a brita deve atender os requisitos de
100% passando na peneira 1” e no máximo 10% passando na peneira de 2 mm. Foi realizado na
Universidade Federal de Santa Maria o ensaio de Abrasão Los Angeles, apresentando 10,85% de
perda de material graúdo, resultado muito abaixo do mínimo recomendado. Além disso apresentou
perda de 1,41% do material graúdo no ensaio de sanidade (ensaio de durabilidade pelo emprego de
sulfato de sódio). Já ao analisar a curva granulométrica observa-se que as duas britas atendem ao
recomendado quanto a granulometria.
Nas tabelas 3 e 4, apresenta-se respectivamente a faixa granulométrica que as misturas SLAD
devam atender proposta por Villibor e Nogami (2009) e porcentagem passante das misturas SLAD
com brita 1 e 2. Percebe-se que todas as misturas SLAD atendem a peneira de 1”. Na peneira 3/8” a
mistura SLAD 70% B1 e todas misturas SLAD B2 não atendem a faixa. Na peneira 10 só a mistura
SLAD 60% B1 atende a faixa. Já nas peneiras 40 e 200 nenhuma das misturas SLAD B1 e B2
atendem a faixa recomendada.
Tabela 3. Faixa granulométrica de enquadramento das misturas SLAD
PENEIRA DE MALHA QUADRADA
ASTM
1"
3/8"
n°10
n°40
n°200
mm
25,4
9,5
2,0
0,42
0,075
% EM PESO QUE
PASSA
TOLERÂNCIA
100
50-75
35-62
30-60
10-30
±5
±5
±5
±5
Já Couto (2009) propôs estudar uma mistura de 40 % de solo e 60 % de agregado baseando em
resultados obtidos por Silveira e Ceratti (2000).
O solo natural e as misturas SLAD apresentaram curvas de compactação na energia modificada
conforme a Figura 4 e 5. Percebe-se tanto para o solo natural como para as misturas que com o
aumento da energia de compactação os valores do peso específico aparente seco máximo aumentam
e diminui a umidade ótima, comportamento esperado.
Percebe-se também que para todas as misturas SLAD de ambas as britas, com o aumento do teor de
brita ocorreu um aumento do peso específico aparente seco máximo e uma diminuição da umidade
ótima, ratificando um resultado também esperado.
Tabela 4. Porcentagem passante das misturas
Figura 4. Curvas de compactação das misturas SLAD com brita 1
Figura 5. Curvas de compactação das misturas SLAD com brita 2
Constam na Tabela 5 os dados dos pesos específicos aparentes secos máximos e das umidades
ótimas, tanto do solo natural como para as misturas SLAD na energia modificada para as duas
britas.
Tabela 5. PEAS máximos e umidades ótimas das misturas SLAD
Comparando os resultados obtidos do ensaio de compactação na energia modificada para a argila
estudada por Couto (2009) que obteve os valores de 16,05 kN/m³ e 25,40 % para a PEAS max e
umidade ótima percebe-se a pequena diferença, porém indicando um comportamento um pouco
melhor quanto a compactação desta argila em relação a de Ijuí. Na Figura 6 apresenta-se uma
relação com todos os pontos de umidades ótimas e os pesos específicos aparentes secos máximos
(PEASmax) para a energia modificada para o solo natural e as três misturas SLAD com brita 1 e as
três misturas com brita 2. Percebe-se uma fortíssima correlação e tendência de aumento do peso
específico máximo e uma diminuição da umidade ótima com o aumento do teor de brita. Ocorre um
salto considerável no valor do PEASmax com a adição de brita na mistura porém a partir daí a
variação é menor porém contínua com aumento do teor de brita.
Figura 6. Peso específico aparente seco máximo x umidade ótima
O Índice de Suporte Califórnia (ISC) do solo natural na energia normal foi de 10% e expansão de
0,22%. De acordo com a especificação DNIT-ESP-137/2010, o solo para ser utilizado como
subleito não deve apresentar expansão maior que 2%. Já na especificação DNIT-ESP-138/2010, o
solo para ser utilizado como reforço de subleito não deve apresentar expansão maior que 1%.
Portanto, o solo natural de Ijuí atende as duas especificações que indicam sua utilização como
subleito e como reforço do subleito.
Para a energia intermediária e modificada obteve-se os valores de ISC e expansão para o solo
natural de 21% e 0,30% e 28% e 0,54%, respectivamente. Na Tabela 6 e nas Figuras 7 e 8
apresentam-se os valores de ISC para as misturas SLAD comparado com o solo natural na energia
modificada. Percebe-se que praticamente não há aumento nos valores de ISC com a adição de brita,
porém para as misturas SLAD 70% B1 e 80% B2 o ISC dá um grande salto para 80%.
Tabela 6. Valores de ISC e expansão das misturas SLAD na energia modificada
Figura 7. ISC para o solo e misturas SLAD com brita 1 na energia modificada
Figura 8. ISC para o solo e misturas SLAD com brita 2 na energia modificada
O DNIT nas suas especificações estabelece que o ISC do solo deva ser maior que 60% ou 80%,
dependendo do tráfego para uso em bases. O solo natural e a as misturas SLAD 60% B1 e 65% B1
e 60% B2 e 70 % B2 não atendem ao especificado para uso em bases, mas atendem pelo valor mais
alto para tráfego maior. Já Villibor e Nogami (2009) recomendam os valores de 60 e 80%
respectivamente para um tráfego Nt maior que 5 x106 e para Nt entre 5 x106 a 107. Para os dois
volumes de tráfego a expansão deve ser menor que 0,3%. Percebe-se que as misturas SLAD 70%
B1 e 80% B2 atendem o recomendado quanto aos valores de ISC, como também com folga quanto
aos valores de expansão. Couto (2009) obteve o valor máximo de 60% para o ISC na proporção de
60% brita.
Como atualmente, o método de dimensionamento do CBR já não fideliza seus parâmetros com o
volume de trafego existente hoje nas rodovias, um passo futuro para outras pesquisa é ensaiar as
misturas no módulo de resiliência, que é uma propriedade mecânica dos solos indispensável para
análise estrutural de pavimentos em termos de tensão e deformação.
4
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados indicam que as misturas SLAD com o solo argiloso laterítico estudado nas
proporções recomendadas de 40%, 45% e 50% por Nogami e Villibor não atendem tanto ao
especificado para o DNIT como para o recomendado por Villibor e Nogami. Imagina-se que os
baixos valores de ISC ocorrem devido aos grãos de brita ainda estarem imersos na massa de solo e
não estarem em contato entre si. Já as misturas SLAD 70% B1 e 80% B2 atenderam inclusive para
rodovias com tráfego maior. Já Couto (2009) obteve o valor de 60 % para o ISC na umidade ótima
para a mistura de 60% de teor de brita, resultado que atenderia as especificações do DNIT para
tráfego menor e também atenderia o recomendado por Nogami e Villibor para tráfego N t entre 5
x106 a 107. A utilização destas misturas são soluções ambientais corretas, já que parte do material
utilizado seria solos argilosos lateríticos do próprio local da rodovia sendo facilmente obtidos e
economicamente mais vantajosos, atendendo quase todas as especificações estabelecidas e podendo
ser aplicadas em rodovias de médio e baixo tráfego e até de alto tráfego. Por outro lado, misturas de
solo e pedrisco não obtiveram bons resultados.
Oportunamente deverá se ter resultados das novas misturas SLAD com material cuja granulometria
se encaixe nas especificações de bases de brita graduada dosadas, para que efetivamente possa se
avaliar quais teores de agregado graúdo atendem ao valor mínimo de 60% ou 80% para ISC quando
misturados com o solo da região. Espera-se proporções maiores de solo do que as das misturas já
estudadas.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao MEC-SESu pelas bolsas PET, a colaboração do Laboratório de Geotecnia e Concreto da
FURG e ao Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ.
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