Comparação dos Resultados Obtidos Através do Ensaio MiniCBR de Laboratório com os Resultados Obtidos Através do MiniCBR de Campo
Alessandro de Cillos Silva; Anna Silvia Palcheco Peixoto e Daniela Massami Ide
Departamento de Engenharia Civil, Universidade Estadual Paulista, Bauru, São Paulo
RESUMO: Nesse trabalho estão apresentadas as primeiras análises de um estudo de comparação entre os
valores de mini-CBR de laboratório e mini-CBR de campo. Esse último utilizando-se um equipamento
desenvolvido na FEB/Unesp (Bauru) baseado num procedimento de ensaio sugerido pelo antigo DNER. Para
tanto, foram realizados ensaios em solo arenoso e argiloso com teores de umidade variando 2% para mais e
para menos da umidade ótima. Esses primeiros resultados indicaram um coeficiente de variação de 12,74%
para o solo arenoso e de 9,69% para o solo argiloso. Quanto à repetibilidade, os resultados se apresentaram
repetíveis tanto para o teor de umidade quanto para o mini-CBR de campo. Porém, sugere-se que o controle
de capacidade de suporte através do mini-CBR de campo dependa sempre de uma calibração prévia com o
solo a ser utilizado.
PALAVRAS-CHAVE: Mini-CBR de Laboratório, Mini-CBR de Campo, Coeficiente, Repetibilidade.
1
INTRODUÇÃO
O ensaio de mini-CBR foi desenvolvido na
Iowa State University, com a finalidade de
simplificar os procedimentos de compactação e
determinação dos índices de capacidade de
suporte e expansão, reduzindo a quantidade de
material necessário, exigindo menor esforço na
execução.
Porém, muitas vezes os resultados obtidos
em
laboratório
não
representam
as
peculiaridades que ocorrem no campo. Neste
sentido, o prof. Dr. Vladimir Coelho
desenvolveu um equipamento na Unesp-Bauru
para realizar o ensaio mini-CBR no campo,
baseado num procedimento proposto pelo
antigo DNER.
Dessa maneira, pretende-se nesse trabalho
mostrar as primeiras comparações entre os
resultados obtidos através do ensaio de
laboratório e aqueles obtidos através do
equipamento construído na FEB/Unesp.
Para o desenvolvimento das atividades de
laboratório e campo, foram utilizados dois tipos
de solo: um arenoso, do Campo Experimental
de Fundações da Unesp-Bauru e outro argiloso,
da região de Piracicaba, sendo ambas as cidades
do interior do estado de São Paulo.
Através desses dois solos foram construídos
dois pequenos aterros com teores de umidade
variando 2% em relação á umidade ótima.
2
METODOLOGIA
2.1
Ensaios de Laboratório
Com os ensaios realizados no laboratório foi
possível obter a caracterização dos dois solos
estudados, sendo realizado os ensaios
apresentados na Tabela 1, com suas respectivas
normas.
Tabela 1. Normas referentes aos ensaios de laboratório.
Ensaio
Norma
Massa Específica dos Sólidos
NBR 6508/84
Granulometria Conjunta
NBR 7181/84
Limite de Liquidez
NBR 6459/84
Limite de Plasticidade
NBR 7180/84
Massa Específica dos Solos
---(Cilindro Cravado)
Compactação
NBR 7182/86
Mini-CBR
DNER-ME 254/97
Mini-MCV
DNER -ME 258/94
2.2
Ensaios de Campo
Antes de se iniciar a realização dos ensaios de
campo, foi realizada a execução de dois
pequenos aterros. Para ambos (solo arenoso e
solo
argiloso),
utilizou-se
o
mesmo
procedimento de compactação. Inicialmente
foram realizadas as coletas dos dois tipos com
as quantidades previstas nos respectivos
dimensionamentos. Posteriormente, realizou-se
uma escavação de 2,20 x 2,20 m de largura e 25
cm de profundidade. Na base da escavação, o
solo foi escarificado com o objetivo de
promover uma boa ligação com o solo que foi
posteriormente compactado e as paredes laterais
foram protegidas por tijolos.
Durante o processo de compactação manual
tomou-se os devidos cuidados para que o solo
utilizado estivesse isento de matérias orgânicas.
O soquete manual construído de concreto e com
massa aproximadamente de 15 kg era erguido e
posteriormente solto repetidas vezes até ser
obtido o grau de compactação desejado. O
controle de qualidade da compactação foi
realizado pela determinação do teor de umidade
no local compactado através do Speed e do
ensaio de cilindro cravado para obtenção da
massa específica seca. A Figura 1 apresenta
todo procedimento descrito neste subitem.
Figura 1. Escavação do aterro, proteção das paredes
laterais com tijolos e compactação.
Para realização do processo de compactação
o aterro experimental foi dividido em três áreas,
as quais foram compactadas com três teores de
umidade diferentes: Wót, ∆W = -2% e ∆W =
+2%. As áreas e os teores de umidade de
compactação estão apresentados na Figura 2.
O propósito deste procedimento foi dispor de
uma variação maior de teores de umidade,
visando uma comparação entre os resultados
dos ensaios de mini-CBR de campo com os de
laboratório mais consistente e confiável.
Figura 2. Divisão das diferentes umidades de
compactação no aterro com solo arenoso e equipamento
para realização do ensaio de mini-CBR de campo.
Os ensaios de campo foram realizados de
acordo com a metodologia de ensaio DER M
198-88, “Método de Determinação do MiniCBR de Campo”.
Tomou-se o cuidado de manter os aterros
cobertos com uma manta plástica impermeável,
com a finalidade de minimizar a perda de
umidade do solo. Antes da realização de cada
ensaio de campo, a superfície foi preparada de
modo a deixar uma área de 20 cm x 20 cm
nivelada horizontalmente.
Na etapa seguinte, o suporte do macaco de
aplicação de carga foi posicionado de forma a
manter a vertical que passa pela ponta do
macaco o mais próximo possível do ponto em
que fora realizada a penetração. Como o suporte
do macaco utilizado foi do tipo leve, realizou-se
o nivelamento do equipamento com ele
descarregado, para então iniciar o carregamento
com o material apropriado. Conseqüentemente
foi conectado o extensômetro e o pistão de
penetração, ficando por último o assentamento
da sobrecarga padrão.
Antes de iniciar o ensaio, girou-se a
manivela até que fosse verificada uma pequena
movimentação
do
extensômetro
do
dinamômetro (0,01 mm), confirmando o início
da aplicação do carregamento. Após esta
constatação, o extensômetro foi zerado para
iniciar a penetração.
Apenas uma fase do ensaio não foi realizada
conforme a metodologia do DER (M 198-88).
No campo experimental da Unesp-Bauru, a
velocidade de penetração de 1,25 voltas por
minuto, foi inviabilizada pela falta de infraestrutura do local (o local não dispunha de
tomadas elétricas). Esta velocidade foi suprida
realizando a rotação desejada manualmente.
As leituras do extensômetro do anel
dinamométrico, foram realizadas para as
seguintes penetrações: 0,5 , 1,0 , 1,5 , 2,0 , 2,5 ,
3,0 , 3,5 , 4,0 , 4,5 , 5,0 mm.
A partir dos resultados de laboratório,
conclui-se que o solo coletado em Bauru
(arenoso) foi classificado com comportamento
“não laterítico”, ou seja, NS’ (siltoso) e
conforme a classificação H.R.B., pertence ao
grupo A-2-4.
O solo coletado na região de Piracicaba
(argiloso) foi classificado com comportamento
“não laterítico”, ou seja, NG’ (argiloso) e
conforme a classificação H.R.B., pertence ao
grupo A-7-5.
3.2
3
RESULTADOS OBTIDOS
3.1
Ensaios de Caracterização
A seguir apresentam-se através das Tabelas 2 a
6, os resultados obtidos através da realização
dos ensaios de caracterização geotécnica:
compactação, mini-CBR de laboratório e miniMCV.
Tabela 2. Distribuição granulométrica em porcentagem
de ocorrência.
Fração Granulométrica Solo Arenoso Solo Argiloso
Argila (%)
12,6
61,0
Silte (%)
2,9
18,1
Areia (%)
84,5
20,9
Tabela 3. Resultados de limites de consistência.
Solo
LL (%) LP (%) IP (%)
Arenoso
NL
NP
Argiloso 49,10
36,22
12,88
Tabela 4. Parâmetros de compactação.
Solo
ρdmáx (g/cm3) Wótima (%)
Arenoso
2,050
11,63
Argiloso
1,596
27,04
Tabela 5. Resultados do ensaio de mini-CBR de
laboratório.
Resultados Mini-CBR de
Solo
Solo
Laboratório
Arenoso
Argiloso
Umidade Ótima (%)
11,3
26,4
Massa Específica Seca (g/cm3)
1,971
1,628
Mini-CBR Natural (%)
22,0
11,8
Mini-CBR Inundado (%)
5,5
7,6
Expansão (%)
0,0
0,0
Retração (%)
0,3
1,5
Tabela 6. Parâmetros obtidos a partir do ensaio de miniMCV.
Solo
d’
c’
Pi (%)
e’
Arenoso 13,6 0,90 250,0 1,58
Argiloso 17,0 1,57 112,5 1,32
Ensaios de Mini-CBR
Os resultados a serem apresentados a seguir
baseiam-se na comparação dos resultados de
laboratório com os de campo.
Considerando que a massa específica seca
foi importante no controle do grau de
compactação, para se realizar a comparação dos
resultados de mini-CBR de campo com os de
laboratório, foi considerado os parâmetros teor
de umidade e mini-CBR, conforme descreve o
procedimento a seguir.
O procedimento adotado para se iniciar o
estudo comparativo entre os resultados de
campo e de laboratório, tanto para o solo
arenoso quanto para o solo argiloso, foi a partir
dos resultados de laboratório. Primeiramente,
fez-se um gráfico, teor de umidade (W%) vs
Mini-CBR (%) (na condição natural).
Utilizando-se os resultados de laboratório
obteve-se uma equação e, através da mesma,
tomou-se os valores de teores de umidade
obtidos no campo para se conseguir uma
previsão do que seria o mini-CBR de
laboratório para os mesmos teores de umidade,
Figuras 3 e 4.
Nas Tabelas 7 e 8 estão apresentados os
resultados mini-CBR de campo e o respectivo
valor obtido através da linha de tendência dos
resultados de laboratório.
A partir dos dados obtidos, nas Tabelas 7 e
8, é possível visualizar, Figuras 5 e 6, as curvas
de mini-CBR de campo e de laboratório vs teor
de umidade, para o solo arenoso e argiloso
respectivamente, na situação natural.
Ao analisar as Figuras 5 e 6, contata-se que
para o ensaio de laboratório, a queda do valor
de mini-CBR com o aumento do teor de
umidade foi mais pronunciada, ou seja,
apresentou-se de forma mais coerente. Este fato
deve-se ao melhor controle de parâmetros
envolvidos quando se realiza o ensaio em
laboratório. Entretanto, ao analisar os resultados
dos ensaios de campo, observa-se que os
valores de mini-CBR, para um mesmo intervalo
de W, sofrem maior variação com aumento do
teor de umidade.
Figura 5. Gráfico comparativo entre mini-CBR de campo
e de laboratório (areia-natural).
Figura 3. Linha de tendência para os resultados miniCBR de laboratório (solo arenoso).
Figura 6. Gráfico comparativo entre mini-CBR de campo
e de laboratório (argila-natural).
Figura 4. Linha de tendência para os resultados miniCBR de laboratório (solo argiloso).
Tabela 7. Valores de mini-CBR de campo e laboratório
para o solo arenoso.
W (%) Mini-CBRcampo (%) Mini-CBRlaboratório (%)
9,6
11,03
27,00
9,7
10,00
26,77
10,3
9,66
25,30
11,8
9,93
21,16
12,0
8,85
20,56
12,3
8,32
19,64
13,2
11,21
16,70
13,4
9,18
16,02
13,5
8,52
15,67
Tabela 8. Valores de mini-CBR de campo e laboratório
para o solo argiloso.
W (%) Mini-CBRcampo (%) Mini-CBRlaboratório (%)
25,4
7,03
12,30
25,9
6,23
12,17
26,1
6,21
12,09
27,0
7,51
11,62
27,3
7,30
11,41
27,7
7,18
11,09
27,9
7,85
10,91
28,5
7,31
10,31
28,8
7,30
9,98
Ainda analisando as Figuras 5 e 6, a partir
das equações obtidas através da linha de
tendência com seu respectivo parâmetro R2,
calculou-se os valores de mini-CBR, com o
intervalo de umidade variando entre os pontos
nos respectivos gráficos. Por fim realizou-se a
relação entre os valores de mini-CBR de
laboratório e de campo, obtendo-se um
coeficiente para cada relação. Em seguida foi
calculado a média dos coeficientes (Mc), o
desvio padrão (Sd) e o coeficiente de variação
(Cv), Tabela 9.
Tabela 9. Média, desvio padrão e variação dos
coeficientes.
Solo/Condição
Mc
Sd
Cv (%)
Arenoso/Natural
2,3
0,2892
12,74
Argiloso/Natural
1,6
0,1593
9,69
Considerando os resultados de desvio
padrão, observa-se que o coeficiente apresentou
uma melhor correlação para o ensaio realizado
com o solo argiloso. Ao analisar o
comportamento do coeficiente para o ensaio
com o solo arenoso, observa-se que apresentou
uma maior variabilidade.
Assim sendo, para comparar os resultados
obtidos com os dois solos estudados, na
condição inundada por 24 horas, foi realizada
uma análise relacionando a redução no valor de
mini-CBR, tanto para o ensaio de campo como
para o ensaio de laboratório. Os resultados desta
análise apresentam-se na Tabela 10.
Tabela 10. Redução nos valores de mini-CBR
Solo
Reduçãonatural (%) Reduçãoinundada (%)
Arenoso
59,1
43,6
Argiloso
38,1
43,4
A redução é a diferença entre os valores de
laboratório e campo, dividida pelo valor de
laboratório, e por fim multiplicado por 100.
Baseado na Tabela 10, conclui-se que a
redução no valor de mini-CBR na condição
natural foi de 59,1% para o solo arenoso e
38,1% para o solo argiloso. Na condição
inundada a redução no valor de mini-CBR foi
de 43,6% para o solo arenoso e 43,4% para o
solo argiloso.
As repetibilidades dos ensaios foram
analisadas segundo a ISO 5725 (1986). As
equações, embora aqui não apresentadas, foram
obtidas
considerando-se
como
ensaios
repetíveis aqueles em que 95% da diferença
entre os resultados são menores que um
determinado valor de repetibilidade, ou seja, a
probabilidade de ocorrência, P, deve ser maior
que esses 95%.
Apresentam-se nas Tabelas 11 e 12, as
probabilidades (P) com análise da repetibilidade
para os resultados de teor de umidade e miniCBR de campo para o solo arenoso e argiloso,
respectivamente. Em seguida apresenta-se a
mesma análise para a repetibilidade de
laboratório, realizada por Ide (2005), Tabela 13.
Comparando-se os resultados da análise de
repetibilidade dos ensaios de campo com os de
laboratório, é possível concluir que os valores
de mini-CBR são repetíveis tanto no laboratório
como no campo.
Porém, contrariando-se o que se era esperado,
os valores de teores de umidade no campo
foram repetíveis e os de laboratório não
repetíveis.
Tabela 11. Valores das probabilidades do solo arenoso.
Equações Teor de Umidade Mini-CBR de Campo
1
P=100%
2
P=100%
P=100%
3
P=44%
-
Tabela 12. Valores das probabilidades do solo argiloso.
Equações Teor de Umidade Mini-CBR de Campo
1
P=100%
2
P=100%
P=100%
3
P=67%
Tabela 13. Valores das probabilidades de laboratório.
Ensaios
Eq. 1
Eq. 2
Eq. 3
Teor de Umidade sem
P=78%
Imersão
Teor de Umidade Imerso
P=22%
24 Horas
Teor de Umidade Imerso
P=56%
48 Horas
Mini-CBR sem
P=89% P=100% P=0%
Imersão
Mini-CBR Imerso 24
P=100%
Horas
Mini-CBR Imerso 48
P=100% P=78% P=44%
Horas
4
CONCLUSÃO
As análises mostraram a dificuldade de se
correlacionar os resultados do ensaio de miniCBR de campo com mini-CBR de laboratório,
devido as variáveis intrínsecas aos ensaios.
Porém, em uma avaliação preliminar, mas não
conclusiva, nota-se que existe uma tendência da
diferença dos dois valores diminuir com a
quantidade de finos.
Assim sendo, ficou claro através dessas
análises que a mesma deve ser realizada com
um maior número de solos de caracterização
geológico-geotécnicas diferentes.
AGRADECIMENTOS
Os autores gostariam de registrar os seus
agradecimentos à FAPESP pela concessão da
bolsa de iniciação científica para realização do
projeto em questão.
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