BRUMA MORGANNA MENDONÇA DE SOUZA ESTUDO DE …€¦ · Monografia, submetido ao Departamento de...

BRUMA MORGANNA MENDONÇA DE SOUZA

ESTUDO DE CORRELAÇÃO ENTRE OS ÍNDICES DE DCP E

CBR DE SOLOS TÍPICOS DA CIDADE DE NATAL/RN

NATAL-RN

2019

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Bruma Morganna Mendonça de Souza

Estudo de correlação entre os índices de DCP e CBR de solos típicos da cidade de Natal/RN

Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade

Monografia, submetido ao Departamento de

Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio

Grande do Norte como parte dos requisitos

necessários para obtenção do Título de Bacharel em

Engenharia Civil.

Orientador: Prof. Dr. Osvaldo de Freitas Neto

Natal-RN

2019

Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN

Sistema de Bibliotecas - SISBI

Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede

Elaborado por Raimundo Muniz de Oliveira - CRB-15/429

Souza, Bruma Morganna Mendonça de.

Estudo de correlação entre os índices de DCP e CBR de solos

típicos da cidade de Natal/RN / Bruma Morganna Mendonca de Souza. - 2019.

88f.: il.

Monografia (Graduação)-Universidade Federal do Rio Grande do

Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Graduação em Engenharia Civil, Natal, 2019.

Orientador: Dr. Osvaldo de Freitas Neto.

1. Pavimentação - Monografia. 2. Índice de Suporte Califórnia

- Monografia. 3. Penetrômetro Dinâmico de Cone - Monografia. 4.

Estudo de Correlação - Monografia. 5. Controle Tecnológico -

Monografia. I. Freitas Neto, Osvaldo de. II. Título.

RN/UF/BCZM CDU 625.85

Bruma Morganna Mendonça de Souza

Estudo de correlação entre os índices de DCP e CBR de solos típicos da cidade de Natal/RN

Trabalho de conclusão de curso na modalidade

Monografia, submetido ao Departamento de

Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio

Grande do Norte como parte dos requisitos

necessários para obtenção do título de Bacharel em

Engenharia Civil.

Aprovado em 18 (dezoito) de junho de 2019:

___________________________________________________

Prof. Dr. Osvaldo de Freitas Neto – Orientador

___________________________________________________

Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Júnior – Examinador interno

___________________________________________________

Prof. Dr. Ênio Fernandes Amorim – Examinador externo

Natal-RN

2019

DEDICATÓRIA

Com todo o meu amor, gratidão e saudade, dedico este

trabalho aos meus avôs, Carlos Alberto de Mendonça (in

memoriam) e José Alaí de Souza (in memoriam), as

minhas duas estrelas que mais brilham no céu.

AGRADECIMENTOS

Acima de tudo, agradeço a Deus por toda a proteção, e por sempre iluminar o meu

caminho e me abençoar com as melhores companhias que eu poderia ter:

Ao Professor, Orientador e amigo Osvaldo de Freitas Neto, por toda a orientação,

inspiração e disponibilidade durante a graduação.

Ao aluno de iniciação científica e amigo Lucas Fernandes, pela companhia e por toda

a ajuda imprescindível para a realização deste trabalho experimental.

Aos meus pais, Karla Morganna e Vladimir Souza, por todo o amor e zelo, por serem

sempre os meus maiores motivadores e por abraçarem todos os meus sonhos como se fossem

seus também. Devo tudo a vocês.

À minha irmã Brenda Morganna, pela paciência e por estar sempre ao meu lado.

Às minhas avós, Eridante Paiva (Eri) e Maria Núbia (Bia), por todos os ensinamentos.

A toda a minha família, pela construção dos meus valores pessoais.

Ao meu namorado Vinícius Damasceno, pelo amor, paciência e incentivo constante, e

por toda a felicidade compartilhada durante essa trajetória.

Às minhas irmãs de alma Alana Ferreira e Vírnia Martins, pelo carinho e

cumplicidade, e por todo o apoio incondicional durante os últimos doze anos.

À minha amiga Rafaella Fonseca, pela amizade e companheirismo, e por toda a ajuda

e incentivo para alcançarmos os nossos sonhos na reta final da graduação.

Aos meus amigos Guilherme Souza, Luiza Furtado, Marcela Torres e Maria Eduarda

Almeida, pela amizade e carinho, e por toda a ajuda e companheirismo durante a graduação.

A todos os meus amigos, dentro e fora da graduação, por todas as contribuições únicas.

Ao Professor Olavo F. dos Santos Júnior, por toda a atenção e disponibilidade sempre

que precisei durante a graduação.

Aos técnicos Anderson Dantas e Sandro Ricardo, à aluna de iniciação científica

Jakeline Félix e ao Professor Paulo Alysson, pelo suporte prestado para este trabalho.

Ao Professor Jean Benoît, por toda a ajuda e inspiração.

A todos aqueles que contribuíram direta ou indiretamente para a finalização de mais

um ciclo maravilhoso em minha vida, o meu mais sincero muito obrigada.

RESUMO

Estudo de correlação entre os índices de DCP e CBR de solos típicos da cidade de

Natal/RN

Para garantir a segurança e a funcionalidade de uma obra de pavimentação, o controle

tecnológico por meio de investigações de campo e de laboratório é uma ferramenta

fundamental. Neste contexto, o uso do Penetrômetro Dinâmico de Cone (PDC, ou Dynamic

Cone Penetrometer, DCP) tem ganho popularidade para a estimativa de parâmetros do solo,

como o Índice de Suporte Califórnia (ISC, ou California Bearing Ratio, CBR), por meio de

estudos de correlação. Portanto, este trabalho objetivou estabelecer correlações empíricas entre

os índices de CBR e de DCP de solos típicos da cidade de Natal/RN, no Nordeste brasileiro. A

necessidade desta pesquisa parte da ausência de estudos dessa natureza e a sua crescente

demanda em função da recente execução de obras de pavimentação. Foram coletadas e

analisadas em laboratório duas amostras de solo provenientes das zonas norte e oeste da cidade.

Após a caracterização dos solos, foram correlacionados resultados de um total de

aproximadamente 80 ensaios de CBR e DCP, distribuídos entre as duas amostras em duas

condições de compactação e diversos teores de umidade de moldagem, submetidos ou não a

condições de imersão. De acordo com os ensaios de caracterização, o solo da zona norte foi

classificado como areia siltosa (SM), e o da zona oeste como areia siltosa bem-graduada (SM-

SW); ambos os solos assumiram a classificação rodoviária A-2-4. A obtenção de coeficientes

de determinação (R²) superiores a 0,90 em 75% das correlações desenvolvidas caracteriza a

aplicabilidade do DCP como uma ferramenta de ensaio de campo eficaz para o controle

tecnológico de obras de pavimentação locais, por ser um ensaio simples, expedito e de baixos

custos. Os achados do presente estudo representam um avanço na definição e padronização de

uma metodologia simples, eficiente e segura para a estimativa de correlações empíricas entre

estes dois parâmetros do solo.

Palavras-chave: Pavimentação. Índice de Suporte Califórnia. Penetrômetro Dinâmico de Cone.

Estudo de Correlação. Controle Tecnológico. Ensaio de Campo.

ABSTRACT

Correlation study between DCP and CBR indexes of typical soils from Natal/RN

To guarantee safety and functionality at any paving work, technological control throughout site

and laboratory tests is an essential tool. In this context, the use of the Dynamic Cone

Penetrometer (DCP) has gained popularity to estimate soil parameters, such as the California

Bearing Ratio (CBR), through correlation studies. Therefore, this paper aimed to establish

empirical relationships between CBR and DCP indexes of typical soils from Natal/RN, in the

Brazilian Northeast. The necessity of this research originates from the lack of related studies

and their increasing demand due to recent paving works. Two samples of soils from the northern

and western regions of the city were collected and analyzed in laboratory. After an initial

characterization, results were correlated from approximately 80 tests, performed at both soils

at two compactive efforts and various moisture contents in-mold, submitted or not to immersion

conditions. According to the characterization tests, the soil from the northern region was

classified as silty sand (SM), and the western area as well-graded silty sand (SM-SW); both

specimens assumed the A-2-4 highway classification. The obtainment of coefficients of

determination (R²) higher than 0.90 in 75% of the developed correlations characterizes the

applicability of DCP as a valid field-testing instrument for technological control of local paving

works, once it is a simple, fast and low-cost test. The findings of this study represent an advance

in the definition and standardization of a simple, efficient, and safe methodology to the estimate

of empirical correlations among these two soil parameters.

Keywords: Paving. California Bearing Ratio. Dynamic Cone Penetrometer. Correlation study.

Technological Control. Field Testing.

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1. Exemplos de curvas de compactação a três níveis de energia. .............................. 18

Figura 2.2. Penetrômetro dinâmico de cone (DCP). ................................................................. 20

Figura 2.3. Resultados de DCP em (a) curva DCP e (b) diagrama estrutural. ......................... 22

Figura 2.4. Correlações analisadas na condição não inundada. ................................................ 32

Figura 2.5. Correlações analisadas na condição inundada. ...................................................... 33

Figura 2.6. Correlações analisadas na condição de controle de execução. .............................. 33

Figura 2.7. Correlações analisadas que incluem ensaios de campo. ........................................ 34

Figura 2.8. Levantamento de correlações realizado por Pereira (2010). .................................. 35

Figura 3.1. Localização das áreas de estudo no (a) Nordeste brasileiro e (b) em Natal/RN. ... 36

Figura 3.2. Amostras coletadas de cada solo. ........................................................................... 36

Figura 3.3. Metodologia seguida neste trabalho. ...................................................................... 37

Figura 3.4. Penetrômetro utilizado. .......................................................................................... 40

Figura 3.5. Disco de madeira posicionado nos orifícios de CBR. ............................................ 41

Figura 3.6. Preparação e realização do ensaio de DCP: (a) orifício produzido pelo pistão de

CBR; (b) preenchimento do orifício com disco de madeira; (c) posicionamento de disco

espaçador e inversão do corpo de prova; (d) posicionamento da ponteira no centro do corpo de

prova; e (e) rompimento da amostra. ........................................................................................ 42

Figura 4.1. Curvas granulométricas das amostras ensaiadas. ................................................... 45

Figura 4.2. Distribuição granulométrica do solo 1. .................................................................. 46

Figura 4.3. Distribuição granulométrica do solo 2. .................................................................. 47

Figura 4.4. Curvas de compactação do solo 1. ......................................................................... 49

Figura 4.5. Curvas de compactação do solo 2. ......................................................................... 50

Figura 4.6. Curvas de compactação de diversos solos brasileiros. ........................................... 51

Figura 4.7. Variações no CBR com o incremento de teor de umidade para o solo 1. .............. 56

Figura 4.8. Variações no DCP com o incremento de teor de umidade para o solo 1. .............. 57

Figura 4.9. Ensaios de cisalhamento direto em amostras do solo 1. ........................................ 58

Figura 4.10. Ensaios de adensamento em amostras do solo 1. ................................................. 58

Figura 4.11. Correlação DCP x CBR de amostras não inundadas para o solo 1. ..................... 59

Figura 4.12. Correlação DCP x CBR de amostras inundadas para o solo 1. ............................ 60

Figura 4.13. Correlação DCP x CBR de amostras inundadas e não inundadas para o solo 1. . 61

Figura 4.14. Correlação DCP x CBR de controle de execução para o solo 1. ......................... 62

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Figura 4.15. Todas as correlações desenvolvidas para o solo 1. .............................................. 63

Figura 4.16. Variações no CBR com o incremento de teor de umidade para o solo 2. ............ 66

Figura 4.17. Variações no DCP com o incremento de teor de umidade para o solo 2. ............ 67

Figura 4.18. Correlação DCP x CBR de amostras não inundadas para o solo 2. ..................... 68

Figura 4.19. Correlação DCP x CBR de amostras inundadas para o solo 2. ............................ 69

Figura 4.20. Correlação DCP x CBR de amostras inundadas e não inundadas para o solo 2. . 70

Figura 4.21. Correlação DCP x CBR de controle de execução para o solo 2. ......................... 71

Figura 4.22. Todas as correlações desenvolvidas para o solo 2. .............................................. 72

Figura 4.23. Comparação de correlações obtidas a partir de ensaios não inundados com a

literatura disponível. ................................................................................................................. 74

Figura 4.24. Comparação de correlações obtidas a partir de ensaios inundados com a literatura

disponível.................................................................................................................................. 75

Figura 4.25. Comparação de correlações de controle de execução obtidas com a literatura

disponível.................................................................................................................................. 76

Figura 4.26. Comparação de correlações obtidas a partir de resultados inundados e não

inundados com a literatura disponível. ..................................................................................... 78

https://d.docs.live.net/f6b9c143834a2717/Documentos/Bruma/UFRN/TCC/MONOGRAFIA/Monografia%20Bruma%20Morganna%20com%20correções.docx#_Toc10426569https://d.docs.live.net/f6b9c143834a2717/Documentos/Bruma/UFRN/TCC/MONOGRAFIA/Monografia%20Bruma%20Morganna%20com%20correções.docx#_Toc10426572https://d.docs.live.net/f6b9c143834a2717/Documentos/Bruma/UFRN/TCC/MONOGRAFIA/Monografia%20Bruma%20Morganna%20com%20correções.docx#_Toc10426572https://d.docs.live.net/f6b9c143834a2717/Documentos/Bruma/UFRN/TCC/MONOGRAFIA/Monografia%20Bruma%20Morganna%20com%20correções.docx#_Toc10426573https://d.docs.live.net/f6b9c143834a2717/Documentos/Bruma/UFRN/TCC/MONOGRAFIA/Monografia%20Bruma%20Morganna%20com%20correções.docx#_Toc10426573https://d.docs.live.net/f6b9c143834a2717/Documentos/Bruma/UFRN/TCC/MONOGRAFIA/Monografia%20Bruma%20Morganna%20com%20correções.docx#_Toc10426574https://d.docs.live.net/f6b9c143834a2717/Documentos/Bruma/UFRN/TCC/MONOGRAFIA/Monografia%20Bruma%20Morganna%20com%20correções.docx#_Toc10426574https://d.docs.live.net/f6b9c143834a2717/Documentos/Bruma/UFRN/TCC/MONOGRAFIA/Monografia%20Bruma%20Morganna%20com%20correções.docx#_Toc10426575https://d.docs.live.net/f6b9c143834a2717/Documentos/Bruma/UFRN/TCC/MONOGRAFIA/Monografia%20Bruma%20Morganna%20com%20correções.docx#_Toc10426575

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1. Estudos de correlação desenvolvidos na condição não inundada. ......................... 27

Tabela 2.2. Estudos de correlação desenvolvidos na condição inundada. ............................... 29

Tabela 2.3. Estudos de correlação desenvolvidos na condição de projeto ............................... 29

Tabela 2.4. Estudos de correlação desenvolvidos na a partir de ensaios de campo. ................ 30

Tabela 2.5. Outros estudos de correlação, citados por Pereira (2010). .................................... 34

Tabela 3.1. Levantamento de pontos experimentais em cada condição................................... 43

Tabela 4.1. Resultados de massa específica dos sólidos. ......................................................... 44

Tabela 4.2. Frações dos materiais e respectivas porcentagens que passam. ............................ 45

Tabela 4.3. Índices granulométricos. ........................................................................................ 46

Tabela 4.4. Classificações dos solos. ........................................................................................ 48

Tabela 4.5. Resultados do solo 1 na energia normal. ............................................................... 54

Tabela 4.6. Resultados do solo 1 na energia modificada.......................................................... 54

Tabela 4.7. Resultados do solo 2 na energia normal. ............................................................... 65

Tabela 4.8. Resultados do solo 2 na energia modificada.......................................................... 65

Tabela 4.9. Correlações obtidas para ambos os solos............................................................... 73

file:///C:/Users/karla/OneDrive/Documentos/Bruma/UFRN/TCC/MONOGRAFIA/Monografia%20Bruma%20Morganna%20com%20correções.docx%23_Toc10474103

LISTA DE SÍMBOLOS

SÍMBOLO SIGNIFICADO

ρ Massa específica real

ρd Massa específica seca

ρs Massa específica dos sólidos

AASHTO Association of State Highway Transportation Officials

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

Cc Coeficiente de curvatura

Cu

CBR

DCP

Coeficiente de uniformidade

California Bearing Ratio

Dynamic Cone Penetrometer

IP Índice de Plasticidade

ISC Índice de Suporte Califórnia

LL Limite de Liquidez

LP Limite de Plasticidade

MCT Miniatura, Compactado, Tropical

n Grau de porosidade

NBR Norma técnica

PDC Penetração Dinâmica de Cone

R² Coeficiente de determinação

S Grau de saturação

SPT Standard Penetration Test

SUCS Sistema Unificado de Classificação dos Solos

w Teor de umidade

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .............................................................................................. 13

1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS .............................................................................. 13

1.2 OBJETIVOS ..................................................................................................... 15

Objetivo geral .......................................................................................... 15

Objetivos específicos ................................................................................ 15

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO ............................................................................ 16

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................... 17

2.1 COMPACTAÇÃO DO SOLO ............................................................................... 17

2.2 ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA (CBR) ....................................................... 19

2.3 ÍNDICE DE PENETRAÇÃO DINÂMICA DE CONE ................................................. 19

2.4 CORRELAÇÕES ENTRE O DCP E O CBR.......................................................... 23

3. MATERIAIS E MÉTODOS .......................................................................... 36

3.1 ÁREAS DE ESTUDO ......................................................................................... 36

3.2 CAMPANHA EXPERIMENTAL .......................................................................... 37

Ensaios de caracterização ....................................................................... 37

Ensaios de índice de suporte Califórnia .................................................. 39

Ensaios de penetração dinâmica de cone ................................................ 40

3.3 INTERPRETAÇÃO DE DADOS ........................................................................... 42

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO.................................................................... 44

4.1 CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS ....................................................................... 44

4.2 COMPACTAÇÃO ............................................................................................. 48

4.3 CORRELAÇÕES ENTRE O ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA E A PENETRAÇÃO

DINÂMICA DE CONE ................................................................................................. 51

Solo 1 ....................................................................................................... 52

Solo 2 ....................................................................................................... 63

Validação das correlações obtidas .......................................................... 72

5. CONCLUSÃO ................................................................................................. 81

REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 82

13

1. INTRODUÇÃO

1.1 Considerações iniciais

A importância da escolha do tipo de solo a ser empregado em obras de pavimentação, e

como as suas propriedades influenciam no desempenho e na consequente transmissão dos

esforços recebidos, já era destacada por autores como Yoder e Witczak (1975) na segunda

metade do século XX. A fundação de pavimentos rodoviários é geralmente composta pelo

terreno natural existente, ou ainda pelo posicionamento de material granular sob a forma de

aterro, e exige o comportamento mecânico adequado para suportar desde a circulação de

veículos necessários à sua construção até a sua carga de serviço ao longo da vida útil, de modo

que a deterioração seja sempre a menor possível (RODRIGUES et al., 2016).

O projeto e a construção adequados de pavimentos de qualquer porte requerem a

identificação e o estudo dos materiais a serem empregados nas camadas inferiores à pista de

rolamento, de modo a garantir a sua qualidade ao menor custo possível (BALBO, 2007). A

necessidade do controle tecnológico em pavimentação é evidenciada pelo aumento significativo

das cargas de tráfego com o passar dos anos, que podem proporcionar falhas à estrutura quando

esta apresenta em sua composição camadas de resistência inferior à necessária para garantir a

qualidade do produto final (AMADI et al., 2018).

Para uma análise geotécnica adequada, faz-se necessária a realização de investigações

de campo, em que são obtidos os parâmetros de resistência e compressibilidade que definem o

comportamento do solo. A fase inicial de investigação é, ainda, um fator essencial que deve ser

levado em consideração na estimativa orçamentária durante a etapa de concepção de projeto

(FRANCISCO e BERNARDO, 2017). De acordo com Lima (2000), o rigor dos ensaios deve

ser mais acentuado em obras de maior porte e cujo colapso represente um maior risco aos

usuários, enquanto o controle de qualidade da obra deve ser realizado ao longo de todas as fases

do processo construtivo.

A obtenção de parâmetros que caracterizem o comportamento mecânico e hidráulico

do solo é atingida por meio da realização de ensaios de campo e de laboratório. Atualmente, o

procedimento mais adotado para a avaliação da resistência do solo em pavimentação consiste

no Índice de Suporte Califórnia (ISC), ou California Bearing Ratio (CBR). Este ensaio mede a

resistência do solo em condições monitoradas de teor de umidade e densidade, por meio da

14

comparação do esforço necessário para se penetrar um pistão normatizado no solo de estudo e

em uma amostra padrão de brita que apresenta valores de referência já estabelecidos

(SANTANA, 2016).

Mesmo que sondagens à percussão (SPT) e ensaios de CBR ainda sejam indispensáveis

na elaboração de projetos de infraestruturas de transporte, existem outros equipamentos que

também podem ser utilizados para estimar a resistência do solo, inclusive a custos

significativamente menores. Assim, nos últimos anos, técnicas de investigação in situ têm sido

mais empregadas por engenheiros geotécnicos em pavimentação, justificadas muitas vezes por

sua simplicidade e baixo custo de operação (AMADI et al., 2018). Nesse contexto, Pereira

(2010) menciona a popularidade que métodos não invasivos e não destrutivos têm começado a

ganhar, uma vez que permitem investigar o subsolo com pouco ou nenhum dano à estrutura ao

garantir o mínimo de perturbação.

Portanto, o uso do Penetrômetro Dinâmico de Cone (PDC), ou Dynamic Cone

Penetrometer (DCP), se mostra como uma ferramenta complementar eficiente na concepção de

obras viárias (FRANCISCO e BERNARDO, 2017). Este equipamento é passível de aplicação

simples e objetiva no controle de compactação, na verificação de resistência, na identificação

de solos propensos ao colapso e na estimativa de diversos parâmetros do solo (ALVES, 2002;

AMARAL, 2005; PEREIRA, 2010).

O DCP tem recebido destaque em função da velocidade, da simplicidade e do custo de

execução (FERNANDES, 2015), aliados à possibilidade de realização de campanhas rápidas

para o conhecimento das condições do terreno. O baixo custo de aquisição e de operação

viabiliza, ainda, o emprego deste equipamento por prefeituras de municípios de pequeno porte

para o controle de obras de pavimentação (ALVES, 2002) e para a análise de variabilidade das

condições do solo.

Em virtude de o CBR ainda ser o método mais utilizado para avaliar solos em

pavimentação, o desenvolvimento científico da engenharia geotécnica fomentou o emprego de

métodos alternativos mais simples para a avaliação da capacidade de suporte do material.

Assim, a necessidade do controle tecnológico relativo à compactação e ao teor de umidade,

além do tempo demandado para a completa realização do ensaio de CBR (que pode demandar

até quatro dias, quando o material é inundado), vem motivando pesquisadores a realizarem

estudos de correlação entre o CBR e ensaios mais simples para avaliar a resistência do solo.

Neste contexto, autores como Alves (2002), Carvalho (2005), Fernandes (2015),

Francisco e Bernardo (2017), Amadi et al. (2018) e Wilches, Díaz e Ávila (2018) apresentam

em seus estudos equações que estimam o CBR de determinados tipos de solo a partir de

15

resultados para o ensaio de DCP. A confiabilidade dos resultados obtidos é expressa por valores

altos de coeficientes de determinação (R²), que variaram desde 0,69 até 1,00 (AL-REFEAI e

AL-SUHAIBANI, 1997; ALVES, 2002); este último valor representa uma correlação perfeita

entre os resultados obtidos para os dois tipos de ensaio.

Segundo Fernandes (2015), quando utilizados de maneira adequada, os estudos de

correlação podem ser uma ferramenta útil para otimizar o tempo necessário para a realização

de uma avaliação geotécnica. O desenvolvimento de estudos relacionados para a estimativa do

CBR a partir de resultados de DCP é motivado principalmente pela dificuldade de determinação

do CBR de campo. Assim, o DCP se mostra como uma opção viável e atrativa para a utilização

em obras viárias (AL-REFEAI e AL-SUHAIBANI, 1997).

Embora estudos de correlação simplifiquem a estimativa de parâmetros do solo, Alves

(2002) e Benevides (2012) destacam que o equipamento de penetração dinâmica de cone requer

correlações empíricas específicas para o tipo de solo e a sua localização, sobretudo no Brasil,

país este que apresenta vasta extensão e diferentes condições climáticas entre suas regiões.

Diante do exposto e da ausência de evidência científica acerca desta temática nas

proximidades de Natal/RN, o propósito deste estudo foi analisar a correlação entre o DCP e o

CBR de dois solos típicos coletados nesta cidade.

1.2 Objetivos

Objetivo geral

Estabelecer correlações empíricas entre o índice de Penetração Dinâmica de Cone

(DCP) e o Índice de Suporte Califórnia (CBR) de dois solos utilizados em aterros rodoviários

na cidade de Natal/RN.

Objetivos específicos

• Caracterizar, em laboratório, dois solos típicos das zonas norte e oeste da cidade de

Natal/RN;

• Determinar, em laboratório, a resistência à penetração dinâmica de cone e a capacidade

de suporte das amostras estudadas sob diferentes condições de teor de umidade e de

compactação;

16

• Estabelecer correlações entre os resultados obtidos de DCP e CBR nas diferentes

condições de ensaio para ambos os solos; e

• Verificar a validade das correlações obtidas por meio da análise de estudos disponíveis

na literatura pertinente.

1.3 Estrutura do trabalho

O trabalho está dividido em cinco capítulos.

No Capítulo 2, é apresentada uma revisão bibliográfica da literatura acadêmica e

técnica pertinente ao controle tecnológico de obras de pavimentação aplicado aos ensaios de

índice de suporte Califórnia e de penetração dinâmica de cone.

No Capítulo 3, são detalhados os materiais analisados, seus locais de coleta e análise,

e a metodologia utilizada para o desenvolvimento de correlações empíricas entre o DCP e o

CBR.

No Capítulo 4, são apresentados e discutidos os resultados obtidos durante a campanha

experimental, e a consequente validação das equações obtidas por meio da comparação com

resultados de estudos anteriores em quatro continentes distintos.

No Capítulo 5, são relacionadas as conclusões e considerações acerca dos objetivos

geral e específicos apontados no início deste trabalho.

17

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Compactação do solo

A compactação de um solo consiste na densificação do material por meio da aplicação

de energia mecânica, com o objetivo de aprimorar as suas propriedades de engenharia,

sobretudo relativas a resistência e deformabilidade. É um procedimento de caráter

indispensável em obras onde o solo é o principal componente, a exemplo de estradas, aterros e

barragens.

Uma vez que os sólidos e a água consistem em materiais incompressíveis, esta técnica

consiste na redução do índice de vazios por meio da expulsão do ar presente no solo, enquanto

os volumes de água e de sólidos permanecem constantes. Quando realizada de modo adequado,

pode apresentar diversas vantagens que auxiliam na segurança e na durabilidade da estrutura

ao longo de sua vida útil. Dentre elas, é pertinente citar: a redução ou a prevenção de recalques;

o incremento na resistência ao cisalhamento e na capacidade de suporte; a maior resistência à

erosão; e a redução da condutividade hidráulica (CODUTO, YEUNG e KITCH, 2011; HOLTZ,

KOVACS e SHEAHAN, 2011).

O ensaio de compactação é padronizado no Brasil pela norma ABNT NBR 7182:2016

(Solo – Ensaio de compactação). De acordo com Sousa Pinto (2006), a baixos teores de

umidade a compactação do solo não pode ser considerada efetiva, posto que o atrito entre as

partículas causado pela presença insuficiente de água dificulta a redução dos vazios. Na medida

em que o teor de umidade do material é elevado, a água promove um efeito de lubrificação que

facilita o deslocamento das partículas para uma configuração mais densa, apresentando maiores

valores de densidade seca. Este parâmetro aumenta até um valor máximo, para o qual uma

quantidade de água excedente começará a ocupar o volume de partículas de solo e o material

passará a compactar menos (HOLTZ, KOVACS e SHEAHAN, 2011; BARNES, 2016). Este

ponto de máximo é denominado de densidade seca máxima, e ocorre no chamado teor de

umidade ótimo, abscissa onde ocorre o pico da curva de compactação.

O trecho ascendente que precede o teor de umidade ótimo é denominado ramo seco da

curva de compactação, e o trecho descendente após o pico é denominado ramo úmido. Segundo

Sousa Pinto (2006), a estrutura do solo compactado depende do teor de umidade e da energia

de compactação. Maiores energias de compactação tendem a compactar o solo em maiores

18

densidades secas com menores teores de umidade, e deslocam a curva de compactação para a

esquerda e para o alto, conforme é possível observar na Figura 2.1.

Figura 2.1. Exemplos de curvas de compactação a três níveis de energia.

Fonte: adaptado de Sousa Pinto (2006).

Para melhor interpretar o posicionamento das curvas de compactação e o

comportamento do material quando sujeito a diferentes níveis de energia, são plotadas curvas

representando os diferentes graus de saturação (S) do solo. Segundo Holtz, Kovacs e Shehan

(2011), mesmo no ramo úmido e a quantidades de energia de compactação elevadas, os solos

não alcançarão a curva de 100% de saturação; isto é, jamais estarão completamente saturados.

O conhecimento a respeito do comportamento de compactação do solo é necessário para

o adequado projeto, e o consequente controle de qualidade de execução, em obras dos mais

variados portes. Assim, o engenheiro deve ter a capacidade de avaliar a demanda do solo, de

modo a evitar gastos dispensáveis com compactação excessiva (CODUTO, YEUNG e KITCH,

2011).

19

2.2 Índice de suporte Califórnia (CBR)

O Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou California Bearing Ratio (CBR) é obtido por

meio de um ensaio de penetração, de laboratório ou de campo, que relaciona a força necessária

para um pistão padronizado penetrar o solo de análise e para penetrar uma amostra padrão de

brita estabilizada granulometricamente. Este parâmetro indica a capacidade de resistência do

solo para fins de utilização como camada de suporte e de fundação em infraestruturas de

transporte (BALBO, 2007; PEREIRA, 2010; RODRIGUES, 2015). De acordo com Magnan e

Ndiaye (2015), o CBR é utilizado como parâmetro base no projeto de rodovias em diversos

países.

No Brasil, o procedimento de ensaio é regido pela norma ABNT NBR 9895:2016 (Solo

– Índice de suporte Califórnia (ISC) – Método de ensaio). O CBR é calculado a partir das forças

necessárias para que ocorram as penetrações de 2,54 mm e 5,08 mm do pistão na amostra de

solo. Durante o ensaio, é obtida uma curva que relaciona os deslocamentos para cada força

aplicada; as forças necessárias para estas profundidades são divididas por valores relativos às

forças demandadas para as mesmas penetrações no solo de controle, de modo que percentuais

maiores indicam maior resistência. Adota-se o percentual de CBR mais elevado dentre as

penetrações de 2,54 mm e 5,08 mm.

O ensaio pode ser realizado com o solo sob diversas condições de teor de umidade,

como por exemplo: sob o teor de umidade de compactação (sem submersão), assim como

podem ser realizados após um período de 96 (noventa e seis) horas de submersão. A avaliação

do material em circunstâncias distintas permite representar as condições nas quais o terreno é

submetido, visto que o dimensionamento de obras rodoviárias depende diretamente das

circunstâncias climáticas da área e as situações mais críticas do terreno devem ser previstas.

Assim, as relações que podem ser estabelecidas a partir do CBR a diferentes teores de umidade

consistem em uma influente ferramenta de auxílio durante a fase de concepção de projeto

(BALBO, 2007).

2.3 Índice de penetração dinâmica de cone

O ensaio de Penetração Dinâmica de Cone (PDC), ou Dynamic Cone Penetration test

(DCP), é conduzido por meio da penetração da ponteira cônica de um penetrômetro

padronizado. Trata-se de um ensaio que ainda não apresenta instruções normativas brasileiras,

e por isso consideram-se as especificações determinadas pela norma da American Society for

20

Testing and Materials (ASTM) D-6951:2018 (Standard test method for use of the dynamic cone

penetrometer in shallow pavement applications), cujo modelo de penetrômetro utilizado tem as

suas características apresentadas na Figura 2.2.

Fonte: adaptado de ASTM (2018).

Este ensaio pode ser utilizado para estimar a resistência de solos, nas condições

inalterada e compactada, e de estruturas de pavimentos com camadas levemente cimentadas,

geralmente até as profundidades de 1000 mm abaixo da superfície (ALVES, 2002;

RODRIGUES, 2015; SANTANA, 2016). Embora o DCP não possa ser utilizado para substituir

por completo a realização de ensaios de laboratório, diversos autores apontam a simplicidade

de operação a baixos custos como a principal vantagem do equipamento, de modo a

proporcionar a realização de uma grande quantidade de ensaios em um curto intervalo de tempo

(ALVES FILHO, 2010; BENEVIDES, 2012; RODRIGUES, 2015).

O método consiste na introdução da ponteira do equipamento no solo por meio da

aplicação de golpes de um peso a uma altura constante (PEREIRA, 2010). A realização deste

Figura 2.2. Penetrômetro dinâmico de cone (DCP).

Figura _. Penetrômetro dinâmico de cone (DCP).

21

tipo de sondagem permite caracterizar com eficiência e agilidade a estratigrafia local e a

resistência de solos de fundação, visto que, por se tratar de um aparelho leve, pode ser

facilmente transportado e posicionado em locais de difícil acesso (ALVES FILHO, 2010;

BENEVIDES, 2012).

De acordo com Figueiredo (2016), o martelo deve ser erguido de modo suave para evitar

o deslocamento vertical da ponteira, assim como devem ser registradas quaisquer interrupções

realizadas para a apropriada interpretação dos resultados. O autor também chama a atenção para

a cautela necessária na montagem e desmontagem do equipamento, assim como no

acoplamento de novas hastes em investigações a maiores profundidades para não comprometer

o avanço do ensaio.

A determinação do índice de DCP requer leituras da profundidade de penetração

acumulada atingida pela ponteira cônica, após uma determinada quantidade de golpes com o

martelo para atingir uma profundidade, usualmente considerada como 10 centímetros. No

entanto, para solos de baixa resistência, recomenda-se que as leituras sejam efetuadas a cada

golpe para uma melhor representação da resistência do material (CARVALHO, 2005).

Em virtude da pouca superfície de contato da ponteira com o solo quando o equipamento

é devidamente posicionado para a realização do ensaio, autores como Al-Refeai e Al-Suhaibani

(1997), Alves (2002) e Benevides (2012) recomendam que a leitura correspondente ao primeiro

golpe (golpe zero) seja desconsiderada. Assim, durante a realização do ensaio, registra-se o

número de golpes e a penetração da ponteira, com o auxílio da régua posicionada ao lado da

haste inferior. O índice de DCP é calculado por meio da Equação 2.1, em que 𝑍𝑛 e 𝑍1 são os

deslocamentos produzidos pelo n-ésimo e primeiro golpes, e n é o número de golpes.

Recomenda-se que a camadas de solo de resistências distintas sejam atribuídos índices de

penetração distintos.

𝐷𝐶𝑃 =𝑍𝑛−𝑍1

𝑛−1 (Equação 2.1)

Os resultados do ensaio de DCP a maiores profundidades são expressos em um gráfico

que apresenta o número acumulado de golpes pela profundidade penetrada pela ponteira cônica,

apresentado na Figura 2.3(a). A resistência da camada é avaliada pela inclinação do gráfico,

expressa em mm/golpe, em que a resistência é inversamente proporcional ao índice de

penetração, denominado DN por Alves (2002); isto é, altos resultados implicam em menores

resistências. Quando se deseja classificar o solo em camadas de características semelhantes,

22

utiliza-se o diagrama estrutural como estratégia [Figura 2.3(b)], visto que reúne o índice de

penetração e a profundidade em um só gráfico.

Mudanças na inclinação da curva DCP indicam uma alteração na resistência do solo,

que pode ocorrer devido a fatores como mudanças do teor de umidade, da compactação ou do

material constituinte (CARVALHO, 2005; BENEVIDES, 2012). Na figura a seguir,

distinguem-se três camadas: uma de 230 mm, outra de 480 mm e uma terceira de profundidade

desconhecida visto que o ensaio foi interrompido na profundidade de 800 mm (ALVES, 2002).

Figura 2.3. Resultados de DCP em (a) curva DCP e (b) diagrama estrutural.

Fonte: adaptado de Alves (2002).

De acordo com Fernandes (2015), além de este tipo de ensaio não exigir a coleta de

amostras quando realizado em campo, ele também é passível de execução em laboratório.

Nestas circunstâncias, são empregados corpos de prova moldados no cilindro grande de

compactação, sob as condições compactada ou indeformada. Portanto, em virtude da sua

facilidade de reprodução e da possível utilização em campo e em laboratório, Lima (2000),

Amaral (2005), Pereira (2010) e Ampadu e Fiadjoe (2015) destacam o elevado potencial do

DCP para diversas finalidades. Destacam-se: o controle de compactação; a detecção da

colapsividade de solos porosos; a identificação de deficiências estruturais; e a avaliação

estrutural de pavimentos.

23

Nesse contexto, os resultados provenientes do ensaio de DCP têm sido frequentemente

utilizados para estimar parâmetros de resistência e de deformabilidade, obtidos por outros

métodos de ensaio por meio do desenvolvimento de estudos de correlação.

2.4 Correlações entre o DCP e o CBR

Os estudos de correlação entre o índice de penetração dinâmica de cone e o índice de

suporte Califórnia são desenvolvidos quando se deseja realizar uma avaliação estrutural do

pavimento (BENEVIDES, 2012) a baixos custos. De acordo com Lima (2000), o emprego de

correlações é justificado pela dificuldade de execução do ensaio de CBR in situ e pela

necessidade de otimização do controle de qualidade nas obras viárias. Desta forma, o

equipamento de DCP atua como um agente facilitador do controle tecnológico em campo

durante a construção de um pavimento, ao poder ser relacionado com parâmetros como o

próprio índice de CBR e outras propriedades do solo a depender dos equipamentos disponíveis.

Além de exigirem a caracterização prévia do material a ser estudado, é relevante

mencionar que estes estudos devem, preferencialmente, ser realizados para o solo em condições

idênticas de teor de umidade e compactação durante, sejam in situ ou durante a moldagem em

laboratório. Isto é: ensaios de DCP realizados in situ com o solo em condições indeformadas e

no teor de umidade natural requerem ensaios de CBR com os corpos de prova nas mesmas

condições, assim como ensaios de DCP em solo compactado sob a umidade ótima necessitam

de ensaios de CBR também nestas circunstâncias (PEREIRA, 2010). Esta precaução deve ser

tomada para garantir a reprodutibilidade dos resultados em amostras de solo que apresentem

classificação e condições idênticas às do solo investigado.

Harison (1986) apud Carvalho (2005) propõe em seu trabalho um modelo matemático

que relaciona os índices de CBR e de DCP. Inicialmente, o autor apresenta a Equação 2.2, que

caracteriza a resistência à penetração do DCP.

𝑅 = (𝑊1×ℎ

𝐷) × (

𝑊1+𝑒2×𝑊2

𝑊1+𝑊2) (Equação 2.2)

Nesta equação: R é a resistência à penetração; W1 é o peso do martelo; W2 é o peso total

do equipamento sem incluir o martelo; h é a altura de queda do martelo; e é o coeficiente de

restituição do aço; e D é a profundidade de penetração. No penetrômetro dinâmico de cone, os

24

parâmetros relativos a peso, altura de queda e restituição do aço são constantes e serão

denominadas pela constante A, a seguir.

𝐴 =𝑊1×ℎ×(𝑊1+𝑒

2×𝑊2)

𝑊1+𝑊2 (Equação 2.3)

Assim, tem-se que a resistência à penetração do solo pode ser considerada como uma

função inversamente proporcional à profundidade de penetração após o golpe, que depende das

propriedades do solo.

𝑅 = 𝐴 × 𝐷−1 (Equação 2.4)

𝑅 = 𝐴 × 𝐷𝐶𝑃−1 (Equação 2.5)

Harison (1986) apud Carvalho (2005) justifica a correlação com o CBR a partir da

Equação 2.5, uma vez que R pode ser representado como uma função de outros parâmetros de

resistência, incluindo a capacidade de suporte do solo. Desta forma, tem-se a correlação

simplificada entre o DCP e o CBR apresentada na Equação 2.6.

𝐶𝐵𝑅 = 𝐴 × 𝐷𝐶𝑃−1 (Equação 2.6)

No entanto, Carvalho (2005) destaca que a validade desta proposição só se aplica a

sistemas com 100% de eficiência; isto é, em que não ocorram dissipações de energia. Visto que

há inevitáveis perdas de energia durante o processo, seja pela compressão do solo ou pelo atrito

do martelo com a haste, a correlação prática entre o CBR e o DCP depende não apenas da

penetração por golpe e da constante A; uma constante B que considera as perdas do sistema

também deve ser incluída para a validade da proposição. Assim, esta correlação pode ser escrita

nas formas de potência (Equação 2.7) e logarítmica (Equação 2.8). É importante mencionar que

os índices de DCP e CBR são expressos respectivamente por mm/golpe e porcentagem.

𝐶𝐵𝑅 = 𝐴 × 𝐷𝐶𝑃𝐵 (Equação 2.7)

log(CBR) = log (A) + B × log (𝐷𝐶𝑃) (Equação 2.8)

25

A validade deste modelo matemático é atestada por uma vasta quantidade de estudos

que relacionam empiricamente estes dois tipos de ensaio (DCP e CBR), e apresentam as

correlações encontradas escritas sob linhas de tendência nas formas logarítmica e de potência.

O estabelecimento da correlação é baseado em um conjunto de pontos experimentais (DCP,

CBR) que irão definir uma linha de tendência a qual apresentará uma equação e um respectivo

coeficiente de determinação (R²). Este é empregado como um indicativo da confiabilidade da

equação obtida, posto que indica o grau de dependência entre as duas variáveis investigadas.

A norma ASTM D6951:2018 recomenda três correlações para a estimativa do índice de

suporte Califórnia, desenvolvidas por Webster, Grau e Williams (1992). Segundo a norma,

aplica-se a Equação 2.9 a todos os tipos de solo, à exceção de argilas de alta compressibilidade

(CH) e argilas de baixa compressibilidade (CL) que apresentem CBR inferior a 10%. Por sua

vez, as Equações 2.10 e 2.11 são apropriadas para solos CH e CL nas condições citadas,

respectivamente. Em todas as equações abaixo, o CBR é dado em porcentagem e o DCP é

inserido em termos de mm/golpe.

𝐶𝐵𝑅 = 292 𝐷𝐶𝑃−1,12 (Equação 2.9)

𝐶𝐵𝑅 =1

0,002871 𝐷𝐶𝑃−1 (Equação 2.10)

𝐶𝐵𝑅 =1

0,017019² 𝐷𝐶𝑃−2 (Equação 2.11)

Além das correlações determinadas por norma, a revisão bibliográfica realizada neste

trabalho permitiu identificar diversos estudos de correlação realizados em diferentes países.

Buscou-se relacionar, além das áreas de estudo, as equações e seus respectivos coeficientes de

determinação, as condições dos ensaios e a classificação dos solos investigados. A importância

do conhecimento de cada metodologia empregada é também destacada por Oliveira (1998), de

modo a obter-se uma interpretação apropriada dos resultados experimentais obtidos.

Nas Tabelas de 2.1 a 2.3, são apresentados estudos de correlação entre o DCP e o CBR,

realizados em laboratório nos últimos 23 anos. Para cada ponto obtido no desenvolvimento das

Equações de 2.12 a 2.48, ambos os ensaios foram realizados sob condições de moldagem

idênticas de teor de umidade e compactação. Observa-se que uma significativa quantidade de

equações atingiu coeficientes de determinação (R²) superiores a 0,90, e isto atesta a

correspondência existente entre os dois parâmetros.

26

Para cada estudo analisado, foi relacionado um breve resumo da metodologia seguida

em laboratório. De modo geral, foram identificados três grupos de estudo: ensaios de DCP e

CBR realizados logo após a moldagem do corpo de prova, no teor de umidade em que foi

compactado (condição não inundada, Tabela 2.1); ensaios de DCP e CBR realizados após

imersão por 96 horas, no teor de umidade pós-submersão (condição inundada, Tabela 2.2); e

ensaios de DCP realizados na condição não inundada, relacionados com o CBR após a imersão

por 96 horas (Tabela 2.3). Este último tipo de correlação se denomina por controle de execução,

e associa o DCP das condições de compactação em campo com o CBR de projeto, especificado

por norma que deve ser obtido pós-imersão da amostra.

Além de três grupos de correlações, constata-se, de antemão, que o desenvolvimento

destas equações em laboratório não segue uma metodologia padronizada, de forma que

diferentes autores adotaram condições de compactação e de ensaio distintas. A respeito destas

variações, pode-se creditar a maior discrepância às condições do ensaio de DCP, usualmente

realizado no mesmo corpo de prova logo após o ensaio de CBR.

Além dos estudos de correlação que foram desenvolvidos em laboratório, outros autores

têm desenvolvido pesquisas para correlacionar o CBR e o DCP a partir da realização de ensaios

in situ. Desta forma, na Tabela 2.4 são apresentados estudos anteriores que seguiram

metodologias de campo. Observa-se que dos sete estudos analisados apenas dois envolveram o

ensaio de CBR em campo, e isto evidencia a dificuldade inerente à realização deste

procedimento, conforme previamente mencionado por Lima (2000).

27

Tabela 2.1. Estudos de correlação desenvolvidos na condição não inundada.

Autor Ano

Localização Energia de

compactação

Condições de

ensaio

Classificação do solo Equação

R² Cidade/Estado País SUCS HRB Nº

(DCP = mm/golpe)

(CBR = %)

Al-Refeai

e Al-

Suhaibani

1997 Riad Arábia

Saudita

Normal,

intermediária

e modificada

CBR e DCP em

corpos de prova

distintos

CL - (Eq. 2.12) 𝐶𝐵𝑅 = 354,81 𝐷𝐶𝑃−1,31 0,96

ML - (Eq. 2.13) 𝐶𝐵𝑅 = 323,59 𝐷𝐶𝑃−1,15 0,93

SM - (Eq. 2.14) 𝐶𝐵𝑅 = 501,19 𝐷𝐶𝑃−1,35 0,87

SP - (Eq. 2.15) 𝐶𝐵𝑅 = 1445,44 𝐷𝐶𝑃−1,36 0,81

SP-SM - (Eq. 2.16) 𝐶𝐵𝑅 = 3715,35−1,86 0,83

CL, ML,

SM, SP, SP-

SM

- (Eq. 2.17) 𝐶𝐵𝑅 = 316,23 𝐷𝐶𝑃−1,07 0,69

Oliveira 1998 Taubaté,

São Paulo Brasil Intermediária

CBR e DCP no

mesmo corpo de

prova, mesma face

DCP sobre o

orifício do CBR

CL, CL-ML A-4, A-6 (Eq. 2.18) 𝐶𝐵𝑅 = 320,63 𝐷𝐶𝑃−1,07 0,98

Gabr

et al. 2000

Thomasville,

Carolina do

Norte

Estados

Unidos

Modificada,

86 golpes por

camada, sem

o disco

espaçador

CBR e DCP no

mesmo corpo de

prova, faces opostas

Orifício de CBR

preenchido com

solo

- - (Eq. 2.19) 𝐶𝐵𝑅 = 35,48 𝐷𝐶𝑃−0,55 0,82

Lima 2000

Maringá,

Paraná

Brasil

Normal,

intermediária

e modificada

CBR e DCP no

mesmo corpo de


Disco de madeira

no orifício do CBR

- A-7 (Eq. 2.20) 𝐶𝐵𝑅 = 257,04 𝐷𝐶𝑃−1,09 0,94

Palmas,

Tocantins - A-2-6 (Eq. 2.21) 𝐶𝐵𝑅 = 924,70 𝐷𝐶𝑃−1,34 0,96

São Carlos,

São Paulo - A-2-4 (Eq. 2.22) 𝐶𝐵𝑅 = 1061,70 𝐷𝐶𝑃−1,4 0,92

Taubaté,

São Paulo - A-7 (Eq. 2.23) 𝐶𝐵𝑅 = 955,00 𝐷𝐶𝑃−1,44 0,94

Fonte: autor (2019).

28

Tabela 2.1. Estudos de correlação desenvolvidos na condição não inundada (continuação).

Autor Ano


compactação

Condições de

ensaio



(DCP = mm/golpe)

(CBR = %)

Lima 2000 Todos os

anteriores Brasil

Normal,

intermediária

e modificada

CBR e DCP no

mesmo corpo de


Disco de madeira

no orifício do CBR

- A-2-4, A-2-6,

A-7 (Eq. 2.24) 𝐶𝐵𝑅 = 644,17 𝐷𝐶𝑃−1,40 0,86

Alves 2002 Santa Catarina Brasil Não

informada

CBR e DCP no

mesmo corpo de

prova, mesma face

DCP sobre o

orifício do CBR

SC A-2-4 (Eq. 2.25) 𝐶𝐵𝑅 = 351,48 𝐷𝐶𝑃−1,05 1,00

SC A-2-7 (Eq. 2.26) 𝐶𝐵𝑅 = 954,99 𝐷𝐶𝑃−1,27 0,82

SC A-4 (Eq. 2.27) 𝐶𝐵𝑅 = 497,66 𝐷𝐶𝑃−1,21 0,89

SC A-7-5 (Eq. 2.28) 𝐶𝐵𝑅 = 247,93 𝐷𝐶𝑃−1,06 0,82

SC A-7-6 (Eq. 2.29) 𝐶𝐵𝑅 = 900,32 𝐷𝐶𝑃−1,37 0,96

SC

A-2-4, A-2-7,

A-4, A-7-5,

A-7-6

(Eq. 2.30) 𝐶𝐵𝑅 = 363,67 𝐷𝐶𝑃−1,10 0,83

Carvalho 2005

São José dos

Campos,

São Paulo

Brasil

Normal,

intermediária

e modificada

CBR e DCP no

mesmo corpo de


Disco de madeira

no orifício do CBR

SC A-2-4 (Eq. 2.31) 𝐶𝐵𝑅 = 741,31 𝐷𝐶𝑃−1,12 0,98

SM A-2-4 (Eq. 2.32) 𝐶𝐵𝑅 = 446,68 𝐷𝐶𝑃−1,12 0,95

CL A-6 (Eq. 2.33) 𝐶𝐵𝑅 = 213,80 𝐷𝐶𝑃−0,83 0,96

CH A-7-6 (Eq. 2.34) 𝐶𝐵𝑅 = 239,88 𝐷𝐶𝑃−0,80 0,96

CH, CL,

SC, SM

A-2-4, A-6,

A-7-6 (Eq. 2.35) 𝐶𝐵𝑅 = 346,74 𝐷𝐶𝑃−0,96 0,90


29

Tabela 2.2. Estudos de correlação desenvolvidos na condição inundada.

Autor Ano


compactação

Condições de

ensaio



(DCP = mm/golpe)

(CBR = %)

Oliveira 1998 Taubaté,

São Paulo Brasil Intermediária

CBR e DCP no

mesmo corpo de

prova, mesma face

DCP sobre o orifício

do CBR

CL, CL-ML A-4, A-6 (Eq. 2.36) 𝐶𝐵𝑅 = 276,06 𝐷𝐶𝑃−1,02 0,93

Fernandes 2015 Joinville,

Santa Catarina Brasil

Normal e

intermediária

CBR e DCP no

mesmo corpo de


MH A-7-5 (Eq. 2.37) 𝐶𝐵𝑅 = 2053,20 𝐷𝐶𝑃−1,65 0,78


Tabela 2.3. Estudos de correlação desenvolvidos na condição de controle de execução.

Autor Ano


compactação

Condições de

ensaio



(DCP = mm/golpe)

(CBR = %)

Fontes 2001 São José,

Santa Catarina Brasil Normal

CBR e DCP no

mesmo corpo de

prova, faces

opostas

SC, SM A-2, A-4, A-6 (Eq. 2.38) 𝐶𝐵𝑅 = 456,63 𝐷𝐶𝑃−1,36 1,00

SC, SM A-2-4, A-2-6,

A-3, A-6 (Eq. 2.39) 𝐶𝐵𝑅 = 1075,34 𝐷𝐶𝑃−1,74 0,99

SC, SM

A-2, A-2-4,

A-2-6, A-3,

A-4, A-6, A-7

(Eq. 2.40) 𝐶𝐵𝑅 = 467,20 𝐷𝐶𝑃−1,41 0,95


30

Tabela 2.3. Estudos de correlação desenvolvidos na condição de controle de execução (continuação).

Autor Ano


compactação

Condições de

ensaio



(DCP = mm/golpe)

(CBR = %)

Alves 2002 Santa Catarina Brasil Não informada

CBR e DCP no

mesmo corpo de

prova, mesma face

DCP sobre o

orifício do CBR

SC A-2-4 (Eq. 2.41) 𝐶𝐵𝑅 = 148,60 𝐷𝐶𝑃−1,01 0,71

SC A-2-7 (Eq. 2.42) 𝐶𝐵𝑅 = 516,49 𝐷𝐶𝑃−1,17 0,94

SC A-4 (Eq. 2.43) 𝐶𝐵𝑅 = 127,19 𝐷𝐶𝑃−0,94 0,72

SC A-7-5 (Eq. 2.44) 𝐶𝐵𝑅 = 77,63 𝐷𝐶𝑃−0,96 0,89

SC A-7-6 (Eq. 2.45) 𝐶𝐵𝑅 = 107,20 𝐷𝐶𝑃−0,93 0,76

SC

A-2-4, A-2-7,

A-4, A-7-5,

A-7-6

(Eq. 2.46) 𝐶𝐵𝑅 = 79,46 𝐷𝐶𝑃−0,82 0,71

Denis e

Gloria 2017 - Uganda Normal

CBR e DCP em

corpos de prova

distintos

- A-2-6 (Eq. 2.47) 𝐶𝐵𝑅 = 935,41 𝐷𝐶𝑃−1,65 0,82

Francisco

e

Bernardo

2017 Nulti,

Cuenca Equador

Normal,

intermediária e

modificada, corpos

de prova do DCP

compactados em 8

camadas sem o

disco espaçador

CBR e DCP em

corpos de prova

distintos

SW A-2-6 (Eq. 2.48) 𝐶𝐵𝑅 = 241,83 𝐷𝐶𝑃−1,24 0,80


Tabela 2.4. Estudos de correlação desenvolvidos a partir de ensaios de campo.

Autor Ano

Localização

Condições de ensaio



(DCP = mm/golpe)

(CBR = %)

Smith e Pratt 1983 Sydney Austrália CBR e DCP in situ - - (Eq. 2.49) 𝐶𝐵𝑅 = 358,92 𝐷𝐶𝑃−1,15 0,85

Livneh 1989 - Israel CBR e DCP in situ - A-7-6 (Eq. 2.50) 𝐶𝐵𝑅 = 645,65 𝐷𝐶𝑃−1,32 -


31

Tabela 2.4. Estudos de correlação desenvolvidos a partir de ensaios de campo (continuação).

Autor Ano

Localização

Condições de ensaio



(DCP = mm/golpe)

(CBR = %)

George,

Rao e

Shivashankar

2009

Dakshina

Kannada,

Karnataka

Índia

CBR indeformado e

não inundado em

laboratório e DCP in

situ

SC, SM - (Eq. 2.51) 𝐶𝐵𝑅 = 47,32 𝐷𝐶𝑃−0,79 0,82

Kumar, Ajmi

e Valkati 2015 - Índia

CBR não inundado em


situ

- A-2-4, A-2-5,

A-2-6, A-2-7 (Eq. 2.52) 𝐶𝐵𝑅 = 519,34 𝐷𝐶𝑃−1,32 0,99

Monteiro

et al. 2016

Mato Grosso

do Sul Brasil

CBR inundado em


situ

- A-2-4 (Eq. 2.53) 𝐶𝐵𝑅 = 121,64 𝐷𝐶𝑃−0,71 0,86

- A-2-6 (Eq. 2.54) 𝐶𝐵𝑅 = 143,13 𝐷𝐶𝑃−0,88 0,89

- A-6 (Eq. 2.55) 𝐶𝐵𝑅 = 43,91 𝐷𝐶𝑃−0,55 0,71

Amadi

et al. 2018

Minna,

Níger Nigéria

CBR indeformado e

não inundado em


situ

CL, SC, SM A-2-4, A-2-6,

A-6, A-7-6 (Eq. 2.56) 𝐶𝐵𝑅 = 323,59 𝐷𝐶𝑃−1,07 0,93

Wilches,

Díaz e Ávila 2018

Sincelejo,

Sucre Colômbia

CBR indeformado e

não inundado em


situ

CH, CL, MH,

ML, SC

A-4, A-5,

A-6, A-7-5,

A-7-6

(Eq. 2.57) 𝐶𝐵𝑅 = 112,03 𝐷𝐶𝑃−0,80 0,80


32

Nas Figuras de 2.4 a 2.7, tem-se a representação gráfica das Equações de 2.12 a 2.57

apresentadas nas tabelas anteriores. É possível observar a notória perda de resistência após a

imersão dos corpos de prova, se comparados com a situação não inundada. Além da vasta

abrangência de tipos de solo ensaiados, pode-se atribuir os maiores afastamentos das curvas às

discrepâncias nas metodologias de pesquisa.

Quando aplicadas no controle de qualidade de obras, realiza-se o ensaio de DCP em

campo após o devido preparo da camada do pavimento a ser analisada, e o índice de penetração

obtido é então aplicado na correlação desejada, para a estimativa da capacidade de suporte.

Dessa forma, a aplicação de correlações sob a condição não inundada seria recomendável para

estimar o CBR in situ (nas condições originais de compactação da camada), e as correlações de

projeto seriam recomendáveis para a obtenção do CBR de projeto após a imersão do solo. Sendo

assim, as correlações desenvolvidas na condição inundada seriam aplicáveis em casos

excepcionais de precipitação excessiva, visto que exigem que o terreno esteja na condição

saturada para a estimativa do CBR inundado.

No entanto, é importante ressaltar que o emprego de correlações empíricas com o DCP

deve ser restrito a estudos realizados no mesmo tipo de solo (BENEVIDES, 2012), de modo a

evitar que ocorra o uso indiscriminado de correlações que possa acarretar erros de interpretação

e previsão de resistência (CARVALHO, 2005).


Figura 2.4. Correlações analisadas na condição não inundada.

h

33



Figura 2.5. Correlações analisadas na condição inundada.

h

Figura 2.6. Correlações analisadas na condição de controle de execução.

h

34

Figura 2.7. Correlações analisadas que incluem ensaios de campo.


De forma complementar aos estudos analisados anteriormente, são apresentados nas

Tabela 2.4 e Figura 2.8 a seguir estudos de correlação mais antigos citados com frequência na

literatura pertinente, em levantamento prévio realizado por Pereira (2010). É importante

ressaltar que as metodologias dos estudos abaixo e as suas respectivas condições de ensaio não

foram analisadas no presente estudo.

Tabela 2.5. Outros estudos de correlação, citados por Pereira (2010).

Autor Ano Localização Classificação

do solo

Equação

R² Nº

(DCP = mm/golpe)

(CBR = %)

Kleyn 1975 África do Sul - (Eq. 2.58) 𝐶𝐵𝑅 = 427,56 𝐷𝐶𝑃−1,28 -

Kleyn e

Savage 1982 África do Sul - (Eq. 2.59) 𝐶𝐵𝑅 = 398,11 𝐷𝐶𝑃−1,26 -

Heyn 1986 Paraná,

Brasil - (Eq. 2.60) 𝐶𝐵𝑅 = 443,45 𝐷𝐶𝑃−1,30 -

Harison 1987 Indonésia

Solos argilosos (Eq. 2.61) 𝐶𝐵𝑅 = 363,08 𝐷𝐶𝑃−1,16 0,97

Solos arenosos (Eq. 2.62) 𝐶𝐵𝑅 = 1071,52 𝐷𝐶𝑃−1,51 0,92

Solos

pedregulhosos (Eq. 2.63) 𝐶𝐵𝑅 = 354,81 𝐷𝐶𝑃−0,96 0,96

Todos os solos (Eq. 2.64) 𝐶𝐵𝑅 = 645,65 𝐷𝐶𝑃−1,32 0,98

Fonte: adaptado de Pereira (2010).

35

Tabela 2.5. Outros estudos de correlação, citados por Pereira (2010) (continuação).

Autor Ano Localização Classificação

do solo

Equação

R² Nº

(DCP = mm/golpe)

(CBR = %)

Hasin e

Mustafa 1987 Malásia - (Eq. 2.65) 𝐶𝐵𝑅 = 269,15 𝐷𝐶𝑃−0,99 0,90

Livneh 1987 Israel Solos argilosos

e arenosos (Eq. 2.66) 𝐶𝐵𝑅 = 158,49 𝐷𝐶𝑃−0,71 0,96

Harison 1989 Austrália

Solos argilosos (Eq. 2.67) 𝐶𝐵𝑅 = 363,08 𝐷𝐶𝑃−1,16 -

Solos arenosos (Eq. 2.68) 𝐶𝐵𝑅 = 501,19 𝐷𝐶𝑃−1,12 -

Angelone

et al. 1991 Argentina

Solos arenosos

finos (Eq. 2.69) 𝐶𝐵𝑅 = 365,59 𝐷𝐶𝑃−1,05 -

Trichês e

Cardoso 1998

Santa Catarina,

Brasil - (Eq. 2.70) 𝐶𝐵𝑅 = 512,86 𝐷𝐶𝑃−1,25 0,90

Fonte: adaptado de Pereira (2010).

Figura 2.8. Levantamento de correlações realizado por Pereira (2010).


36

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Áreas de estudo

Para a realização deste trabalho, foram analisados dois solos típicos provenientes de

duas áreas do município de Natal/RN (Figura 3.1), oriundos das zonas norte (solo 1, área 1) e

oeste (solo 2, área 2) da cidade. As duas amostras são apresentadas na Figura 3.2.

Fonte: adaptado de Google Maps (2019).

Figura 3.2. Amostras coletadas de cada solo.


Figura 3.1. Localização das áreas de estudo no (a) Nordeste brasileiro e (b) em Natal/RN.

37

Cerca de 200 kg de cada material foram coletados in situ, e estocados no laboratório de

mecânica dos solos da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, onde foram realizados os

ensaios.

3.2 Campanha experimental

A metodologia seguida neste trabalho é representada esquematicamente na Figura 3.3,

com o respectivo detalhamento das normas técnicas obedecidas.

Figura 3.3. Metodologia seguida neste trabalho.


Ensaios de caracterização

Após a coleta do material e antes da realização dos ensaios de CBR e DCP, faz-se

necessário ter em posse a caracterização e a consequente classificação dos materiais analisados.

Para esta finalidade, foram realizados ensaios de granulometria, de massa específica dos

sólidos, de limites de consistência e de compactação, em que as normas utilizadas são

apresentadas nos tópicos a seguir. A preparação das amostras durante a campanha experimental

ocorreu de acordo com as diretrizes especificadas pela ABNT NBR 6457:2016 (Amostras de

solo – Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização).

38

Finalizados os ensaios de caracterização, ambos os solos foram classificados segundo o

Sistema Unificado de Classificação de Solos (SUCS) e a classificação rodoviária (HRB –

Highway Research Board) da AASHTO (Association of State Highway Transportation

Officials).

3.2.1.1 Massa específica dos sólidos

A massa específica dos sólidos foi determinada com o auxílio da norma ABNT NBR

6458:2016 (Grãos de pedregulho retidos na peneira de abertura 4,8 mm – Determinação da

massa específica, da massa específica aparente e da absorção de água).

3.2.1.2 Granulometria conjunta

Os ensaios de granulometria conjunta foram baseados nos procedimentos advindos da

norma ABNT NBR 7181:2016 (Solo – Análise granulométrica), em que para cada material

foram realizados os procedimentos de peneiramento (grosso e fino) e de sedimentação. As

frações granulométricas das partículas foram definidas a partir das instruções da norma ABNT

NBR 6502:1995 (Rochas e solos).

3.2.1.3 Limites de consistência

Para os ensaios de limites de consistência, foram consultadas as normas ABNT NBR

6459:2016 (Solo – Determinação do limite de liquidez) e ABNT NBR 7180:2016 (Solo –

Determinação do limite de plasticidade). De modo a evitar subjetividade nos resultados, os

ensaios referentes aos Limites de Atterberg foram realizados por três operadores distintos.

3.2.1.4 Compactação

Para determinar os teores de umidade de moldagem ideais para os ensaios de CBR e

de DCP, foram realizados ensaios de compactação prévios para as amostras estudadas.

39

Conforme especificações da norma ABNT NBR 7182:2016 (Solo – Ensaio de compactação),

os corpos de prova foram moldados nas energias normal e modificada; uma vez que estas já

representariam os estados máximo e mínimo de compactação dos solos por norma, optou-se

por não acrescentar a energia intermediária.

Posto que os ensaios de CBR e de DCP seriam realizados no cilindro grande de

compactação, este também foi empregado nos ensaios preliminares de compactação para uma

maior precisão das curvas. Com o posicionamento prévio do disco espaçador, foram

compactadas cinco camadas de solo, com 12 e 55 golpes cada (soquete grande, 4,5 kg e 45,7

cm) nas energias normal e modificada, respectivamente.

A determinação do teor de umidade das amostras moldadas ocorreu com o auxílio de

estufa elétrica em laboratório, de forma que amostras de três posições distintas de cada corpo

de prova (base, meio e topo) foram coletadas.

Ensaios de índice de suporte Califórnia

Após a caracterização e análise da compactação de cada material, os ensaios de índice

de suporte Califórnia e de penetração dinâmica de cone foram realizados. Os ensaios de CBR

foram executados em prensa manual em laboratório, com base na norma ABNT NBR

9895:2016 (Solo – Índice de suporte Califórnia (ISC) - Método de ensaio).

Neste trabalho, adotou-se a metodologia de Lima (2000) e Carvalho (2005), em que os

ensaios de CBR e de DCP eram realizados, nesta sequência, em um só corpo de prova para cada

teor de umidade moldado.

Ambos os ensaios foram realizados com e sem imersão, a fim de obter no mínimo os

três tipos de correlação apresentadas no capítulo anterior (não inundada, inundada e controle de

execução). Assim, para cada teor de umidade da curva de compactação (teor de umidade ótimo,

dois pontos no ramo seco e outros dois no ramo úmido), as amostras foram compactadas aos

pares; enquanto um corpo de prova era submetido à submersão por 96 horas, o outro era

rompido logo após a moldagem. Vale salientar que não foi objeto do estudo avaliar a expansão

dos solos cujas amostras foram submetidas à imersão.

É importante ressaltar que Lima (2000) e Carvalho (2005) realizaram os ensaios de

índice de suporte Califórnia e de penetração dinâmica de cone apenas na condição não

inundada; isto é, nenhum corpo de prova foi submetido à imersão por estes autores.

40

De modo a reduzir o risco de viés associado à operação, os ensaios de CBR e de DCP

deste estudo foram precedidos de ensaios preliminares para o aperfeiçoamento da técnica

empregada, uma vez que os equipamentos utilizados dependiam de operação manual. É

relevante mencionar que todas as moldagens e todos os ensaios foram realizados pelos mesmos

pesquisadores, que desenvolveram as mesmas funções ao longo da campanha experimental.

A metodologia de CBR foi aplicada de forma que o operador 1 girava a manivela a uma

velocidade constante de 1,27 mm/min e realizava as leituras de deslocamento vertical, enquanto

o operador 2 realizava as leituras de força no anel dinamométrico.

Ensaios de penetração dinâmica de cone

Para os ensaios de DCP, foi empregada a norma ASTM D6951:2018 (Standard test

method for use of the dynamic cone penetrometer in shallow pavement applications), cujas

características do equipamento utilizado são apresentadas na Figura 3.4. Nesta modalidade de

ensaio, o operador 1 sustentava a haste na vertical e realizava as leituras de penetração da

ponteira, e o operador 2 erguia o martelo até o topo da haste superior para cada golpe.

Figura 3.4. Penetrômetro utilizado.

Fonte: http://www.solotest.com.br

(adaptado).

41

Em cada corpo de prova moldado, o ensaio de penetração dinâmica de cone foi realizado

logo após o ensaio de índice de suporte Califórnia, na face oposta à que apresentava o orifício

de CBR. Assim como realizado por Lima (2000) e Carvalho (2005), a abertura resultante do

primeiro ensaio era preenchida com um disco de madeira (Figura 3.5) para evitar o

desprendimento de material, além de proteger a ponteira cônica do equipamento.

Figura 3.5. Disco de madeira posicionado nos orifícios de CBR.


Embora usualmente seja recomendado que o primeiro golpe do DCP seja desprezado

(AL-REFEAI e AL-SUHAIBANI, 1997; ALVES, 2002; BENEVIDES, 2012), adotou-se o

método de Carvalho (2005), em que o golpe zero não era desconsiderado caso o peso próprio

do equipamento fosse o suficiente para penetrar a ponteira na amostra. Tal procedimento foi

seguido principalmente em detrimento da altura restrita do corpo de prova e da baixa resistência

à penetração demonstrada pelas amostras a elevados teores de umidade.

No entanto, em virtude do contato com o disco de madeira ao final do ensaio, todos os

últimos golpes, que penetravam até uma profundidade de aproximadamente 100 milímetros,

foram descartados. A preparação do corpo de prova para o ensaio de DCP é detalhada na Figura

3.6.

42


3.3 Interpretação de dados

Após a realização dos ensaios, a etapa final deste trabalho consistiu no estabelecimento

das correlações a partir dos resultados obtidos. O cálculo de cada índice de suporte Califórnia

seguiu as instruções da ABNT NBR 9895:2016, em que é plotada a curva de tensão versus

deformação do ensaio, e se verifica a existência de pontos de inflexão no ramo ascendente do

gráfico. Neste tipo de ocorrência, efetua-se a correção gráfica indicada por norma, em que é

traçada uma tangente do ponto de inflexão até o eixo das abscissas. Então, considera-se esta

interseção como a nova origem da curva do ensaio, e são realizadas novas leituras para as

pressões das penetrações de 2,54 e 5,08 mm.

Por sua vez, o índice de penetração dinâmica de cone de cada amostra rompida foi obtido

por meio da divisão da penetração considerada pelo número de golpes considerados. Conforme

Figura 3.6. Preparação e realização do ensaio de DCP: (a) orifício produzido pelo

pistão de CBR; (b) preenchimento do orifício com disco de madeira; (c)

posicionamento de disco espaçador e inversão do corpo de prova; (d) posicionamento

da ponteira no centro do corpo de prova; e (e) rompimento da amostra.

43

previamente mencionado, todos os golpes finais foram desconsiderados, assim como os golpes

iniciais nos ensaios que o peso do equipamento não era o suficiente para penetrar a ponteira

cônica.

Para o estabelecimento de correlações, cada par de ensaio (DCP, CBR) corresponde a

um ponto no gráfico de interesse. Os pontos experimentais para cada solo em cada condição de

ensaio foram então plotados, e foi ajustada uma linha de tendência em potência para cada curva.

O coeficiente de determinação (R²) permitiu avaliar a adequabilidade desta metodologia aos

materiais analisados. É importante mencionar que as curvas não foram extrapoladas; isto é,

foram apenas considerados os trechos que apresentavam resultados experimentais. Na Tabela

3.1, é apresentada a quantidade de pontos experimentais empregados para cada correlação.

Tabela 3.1. Levantamento de pontos experimentais em cada condição.

Amostra

Tipo de correlação

Não

inundada Inundada

Inundada e

não

inundada

Controle de

execução

Solo 1 10 10 20 10

Solo 2 8 8 16 8


44

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Nesta sessão, serão apresentados e discutidos os resultados obtidos durante a campanha

experimental. Além da caracterização inicial de ambos os solos, foram realizados cerca de 80

ensaios de CBR e de DCP, ao todo, para as amostras coletadas nas zonas norte (solo 1) e oeste

(solo 2) da cidade de Natal/RN. Não foram incluídas neste estudo as amostras em que a ponteira

do DCP atravessou toda a extensão do corpo de prova e perfurou o disco de madeira apenas

com o primeiro golpe.

4.1 Caracterização dos solos

Na Tabela 4.1, são apresentados os resultados dos ensaios de massa específica dos

sólidos, em que é possível observar que o solo proveniente da zona norte (solo 1) apresentou

uma maior densidade em seus grãos.

Amostra ρs1 ρs2 Média

(kg/m³) (kg/m³) (kg/m³)

Área 1 2738,3 2711,3 2724,8

Área 2 2708,4 2690,0 2699,2


Os resultados dos ensaios de peneiramento (grosso e fino) e de sedimentação são

detalhados na Figura 4.1. As frações dos materiais de cada amostra, e as respectivas

porcentagens das partículas que passam, são apresentadas na Tabela 4.2. O solo 1 apresentou

cerca de 20% de finos, sendo estes predominantemente argila (17,86%); por outro lado, o solo

2 apresentou aproximadamente 10% de finos, distribuídos igualmente em frações de silte e

argila. Ambos os solos apresentaram a fração de areia como dominante na composição

granulométrica, atingindo percentuais totais de 79,00% e 86,01%, respectivamente.

Embora o solo 1 apresente uma fração significativa de argila (17,86%), o material não

demonstrou plasticidade nos ensaios de Limite de Liquidez e Plasticidade. O mesmo

comportamento foi observado no solo 2, que possui uma baixa fração de argila (5,75%).

Tabela 4.1. Resultados de massa específica

dos sólidos.

l

45

Figura 4.1. Curvas granulométricas das amostras ensaiadas.


Tabela 4.2. Frações dos materiais e respectivas porcentagens que passam.

Amostra Pedregulho Areia grossa Areia média Areia fina Silte Argila

Solo 1 0,13% 3,29% 64,04% 11,67% 3,01% 17,86%

Porcentagem que passa 99,87% 96,58% 32,54% 20,87% 17,86% -

Solo 2 3,21% 4,07% 75,45% 6,49% 5,03% 5,75%

Porcentagem que passa 96,79% 92,72% 17,27% 10,78% 5,75% -


Os índices granulométricos dos solos obtidos a partir de ambas as curvas são

apresentados na Tabela 4.3. Dada a alta porcentagem de finos do solo 1 e a consequente

impossibilidade de determinar o índice D10, apenas o solo 2 teve os seus coeficientes de

uniformidade (Cu) e curvatura (Cc) determinados.

46

Tabela 4.3. Índices granulométricos.

Amostra Porcentagem que passa D10 D30 D60

Cu Cc #10 #40 #200 (mm) (mm) (mm)

Solo 1 99,87% 89,69% 21,68% - 0,120 0,230 - -

Solo 2 96,79% 81,68% 11,34% 0,038 0,180 0,305 8,03 2,80


As Figuras 4.2 e 4.3 reúnem fotografias das distribuições granulométricas de cada

material, retidos durante os ensaios de peneiramento grosso e fino após lavagem nas peneiras

#10 e #200, com posterior secagem em estufa por um período de 24 horas. As frações de finos

(que passam na peneira #200), no entanto, foram coletadas de modo independente e sem

lavagem prévia.

Além da perceptível diferença de coloração entre as duas amostras, em que no solo 1

predominam tons de vermelho e laranja e no solo 2 tons de marrom e bege, constata-se a

presença de pedregulhos de maior diâmetro no solo 2, ainda que em baixa porcentagem

conforme exposto anteriormente.

Figura 4.2. Distribuição granulométrica do solo 1.


47

Figura 4.3. Distribuição granulométrica do solo 2.


Na Tabela 4.4, são apresentadas as classificações SUCS e HRB obtidas a partir dos

ensaios de caracterização. A ausência de plasticidade de ambas as amostras as enquadrou como

areias siltosas segundo a classificação unificada. Uma vez, ainda, que a porcentagem de finos

do solo 2 estava entre 5,0% e 12,0%, o solo dessa região recebeu a classificação adicional de

areia bem graduada, em função dos coeficientes já determinados. Quanto à classificação

rodoviária, os solos foram classificados como A-2 (areia siltosa ou argilosa) e A-2-4

(características de solos siltosos, A-4) em função da sua ausência de plasticidade (IP ≤ 10,0).

48

Tabela 4.4. Classificações dos solos.

Amostra Classificação SUCS Classificação HRB

Área 1 Areia siltosa (SM) A-2-4

Área 2 Areia siltosa bem-graduada (SW-SM) A-2-4


No entanto, é pertinente ressaltar que, considerando apenas a distribuição

granulométrica do solo 1, este seria classificado como uma areia argilosa (SC) em virtude da

porção significativa de argila em sua composição. Apesar disso, o comportamento não plástico

observado enquadra o solo na categoria de areia siltosa, embora a sua fração silte seja pouco

expressiva (3,01%). Isto evidencia as limitações apresentadas pelas metodologias

convencionais de classificação do solo, e sugere que este material seja classificado segundo a

metodologia MCT (Miniatura, Compactado, Tropical), apropriada para solos tropicais.

Condições semelhantes foram previamente documentadas nos estudos de Sousa (2018),

em que amostras do solo 1, provenientes do mesmo local de coleta, foram analisadas no

laboratório de Mecânica dos Solos da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, onde

foram realizados ensaios de caracterização, resistência e deformabilidade em solos lateríticos

da Formação Barreiras. O material foi coletado pelo autor sob a forma de cinco blocos

indeformados, cujas porcentagens de finos variaram entre 11,1% e 33,1%, a uma média de

25,2% composta majoritariamente por fração argila. Segundo a classificação unificada, as

amostras coletadas por Sousa (2018) variaram entre areias siltosas (SM) e argilosas (SC),

enquanto simultaneamente se enquadravam estritamente na classificação rodoviária A-2-4.

De modo similar a nessa pesquisa, as amostras coletadas por Sousa (2018) do solo 1

apresentaram pouca ou nenhuma plasticidade, haja vista que o Índice de Plasticidade (IP)

máximo foi correspondente a 9,0%. Assim, pode-se considerar que o material analisado neste

estudo apresenta uma correspondência significativa com as amostras investigadas por Sousa

(2018).

4.2 Compactação

Autores como Carvalho (2005) e Fernandes (2015) destacam a importância da definição

prévia das curvas de compactação dos solos a serem estudados, para determinar as faixas de

teores de umidade ideais para o desenvolvimento das correlações empíricas. As curvas de

compactação obtidas para ambos os ma

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