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34a Reunião Anual de Pavimentação

Campinas, SP

Agosto de 2003

ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA UMIDADE PÓS-COMPACTAÇÃO NOÍNDICE DE SUPORTE CBR DE SOLOS DO SUBLEITO DE RODOVIAS

DO INTERIOR DE SÃO PAULO

Autores:Marta Pereira da LuzAlexandre Benetti Parreira

Seção Técnica: Materiais de Pavimentação



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ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA UMIDADE PÓS-COMPACTAÇÃO NOÍNDICE DE SUPORTE CBR DE SOLOS DO SUBLEITO DE RODOVIAS

DO INTERIOR DE SÃO PAULO

Marta Pereira da Luz1

Alexandre Benetti Parreira2

RESUMO

O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da variação do teor deumidade após compactação no valor do índice de suporte CBR e expansão de

materiais coletados em rodovias do interior do Estado de São Paulo.Foram estudados uma brita estabilizada granulometricamente e seis

amostras de solos, sendo que estes últimos foram divididos em pares, sendocada par formado por solos com curvas granulométricas semelhantes e mesmaclassificação HRB e USCS, e opostos quanto à laterização, ou seja, um lateríticoe um não-laterítico.

Os materiais foram submetidos a ensaios de CBR em condições deumidade diferentes das preconizadas pela norma DER M53-71, sendo moldadosna energia normal de compactação, umidade ótima e massa específica seca

máxima.Os resultados dos ensaios mostraram as peculiaridades decomportamento mecânico dos materiais frente à variação da umidade após acompactação, destacando-se a influência da granulometria, seguida da suagênese.

Autores:1 Mestre em Engª de Transportes – EESC/USP

e-mail: [email protected] Profº do Departamento de Transportes da EESC/USP

e-mail: [email protected]

Palavras chave: CBR, expansão, umidade, subleito, laterítico,granulometria, pavimentação.



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1. INTRODUÇÃO

Na avaliação do comportamento dos pavimentos, é importante oconhecimento das propriedades dos materiais que os constituem em condiçõessemelhantes àquelas nas quais eles trabalharão, já que as mesmas podem

apresentar comportamentos diferenciados dependendo das condições climáticase hidrológicas a que são expostos.

Um dos principais desafios enfrentados pelos profissionais quedimensionam pavimentos é prever, ainda na fase de projeto, as condições emque estes se encontrarão durante sua vida útil sob atuação desses fatoreshidrometeorológicos. A influência do meio ambiente e dos efeitos sazonais,provocados por mudanças de regime pluviométrico e de temperatura, são muitasvezes desconsiderados pelos engenheiros rodoviários, que em sua maioria,utilizam métodos de dimensionamento estabelecidos para materiais e climasdiversos dos encontrados nas regiões em que a obra será implantada.

As peculiaridades do solo e do clima tropical são fatores que garantema importância da investigação da aplicabilidade dos procedimentos importados,em especial de países de clima temperado.

2. OBJETIVO

A meta da pesquisa desenvolvida foi analisar, a partir de ensaioslaboratoriais, a influência nos resultados de índice de suporte CBR de se executar

o ensaio em condições de umidade não preconizadas pela norma do DERM53-71 (DER – SP, 1974), que estabelece período de quatro dias de imersão.A escolha dos materiais foi feita de maneira a propiciar a análise comparativado comportamento de solos lateríticos e não-lateríticos frente à variação daumidade pós-compactação.

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Há décadas, os profissionais do meio geotécnico brasileiro encontramdificuldades na aplicação dos métodos tradicionais de classificação ecaracterização de solos, já que estes, muitas vezes, não predizem ocomportamento dos solos nas obras. Isto se deve às características peculiaresdo comportamento mecânico e hídrico dos solos tropicais, que diferem dossolos de regiões de clima temperado, para os quais os métodos tradicionaisforam desenvolvidos.

Peculiaridades do comportamento mecânico e do comportamento frenteà ação da umidade dos solos tropicais permitem situá-los em duas classesprincipais: solos de comportamento laterítico e solos de comportamento não-laterítico. Os lateríticos apresentam propriedades geotécnicas privilegiadas para

aplicação em pavimentação, destacando-se o fato de que, em estado natural,são menos suscetíveis à erosão que os demais, e quando adequadamente



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compactados adquirem elevadas resistências e capacidade de suporte. Estessolos, quando compactados e imersos em água, apresentam, em geral, baixapermeabilidade e não perdem capacidade de suporte (GODOY, 1997).

Segundo MEDINA (1997), as diferenças climáticas entre Brasil e EUAdevem ser destacadas, quando da importação de métodos empíricos, os quais,em grande parte trazem os condicionamentos climáticos norte americanos.

PORTER (1942) tentou correlacionar, pesquisando mais de 300 amostrasde solos, propriedades destes com seu índice de suporte CBR. A primeiraconstatação foi de que não há relação entre o peso específico seco e o índiceCBR. Solos diferentes, compactados com o mesmo peso específico, podemapresentar índices CBR inferiores a 10%, ou até bem superiores a 100%.PORTER (1942) constatou também que não há relação bem definida entre oíndice CBR e o índice de plasticidade (IP). Solos com IP abaixo de 10% podemapresentar CBR baixo (2 ou 3%) ou superiores a 100%.

Para os solos analisados por PORTER (1942), quando o IP é alto, deforma geral o solo é expansivo e problemático. Solos com expansão acima de2%, determinada após quatro dias de imersão, exibem índices CBR, em geral,menores que 20%. Expansões entre 1% e 2% são características de solos comíndices CBR acima de 10%, podendo atingir valores próximos a 100%. Soloscom expansão inferior a 1% mostram-se com uma faixa bastante ampla devariação do CBR, com valores próximos a 20%, ou até muito acima de 100%.

Devido à complexidade e à variabilidade de comportamento das misturascom solos lateríticos e das condições ambientais em que esses solos se

encontram, a decisão de realizar o ensaio CBR em condições diferentes daspreconizadas pela norma DER-M53-71 (DER – SP, 1974) não pode serrecomendada em caráter geral. Há necessidade de uma coleta sistemáticados dados de laboratório e de comportamento de campo a fim de melhor avaliara capacidade de suporte destas misturas nas condições de clima tropical.Desconhecem-se, nesse sentido, estudos específicos para os solos e ascondições tropicais. O que se discute, às vezes, são alguns detalhes de execuçãodo ensaio de CBR para melhor adaptá-los às condições tropicais (FERREIRA,1986).

4. MATERIAIS E MÉTODOS

Foram estudados três pares de solos coletados em rodovias do interiordo Estado de São Paulo. Cada um dos pares selecionados constitui-se desolos com distribuições granulométricas semelhantes, mesmas classificaçõesHRB e USCS e características distintas quanto ao comportamento laterítico,ou seja, cada par é formado por um material laterítico e um não-laterítico,segundo a classificação MCT (NOGAMI & VILLIBOR, 1995). A brita estabilizadagranulometricamente enquadra-se na faixa F do DER-SP para base estabilizada

granulometricamente (MANUAL DE NORMAS DE PAVIMENTAÇÃO - DER-SP,1991).



156

Na Figura 1 são apresentadas as curvas granulométricas da britaestabilizada granulometricamente e dos seis solos estudados. Na Tabela 1 sãoapresentadas as classificações dos solos.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro dos grãos (mm)

% q

u e p a s s a

Solo 1 - LA'

Solo 2 - NA'

Solo 3 - LA'

Solo 4 - NA'

Solo 5 - LG'

Solo 6 - NG'

brita

FIGURA 2 - Curvas granulométricas dos materiais estudados

TABELA 1 - Classificação dos solos estudadosClassificação Solo 1 Solo 2 Solo 3 Solo 4 Solo 5 Solo 6

HRB A-2-6 A-2-6 A-2-4 A-2-4 A-7-5 A-7-5

USCS SC SC SM-SC SM-SC MH MH

MCT LA’ NA’ LA’ NA’ LG’ NG’

Em vista da ocorrência, no campo, de variações de umidade após aconstrução do pavimento, ocasionando perda ou ganho de umidade em relaçãoà umidade de compactação, foram feitos ensaios para a determinação do índicede suporte CBR em condições variadas de umidade, para tanto trabalhou-secom tempos variados de imersão.

Numa primeira etapa os corpos-de-prova foram moldados na umidadeótima e energia normal de compactação, sendo então acompanhada a absorçãoda água pelos mesmos através da medida da variação da massa ao longo dotempo, conforme a Figura 2. O ensaio era encerrado quando se observava quea água não mais infiltrava nos corpos-de-prova.



157

A análise dos resultados dos ensaios de índice de suporte CBR foi feitacom base nos valores de média e desvio padrão; sendo aplicado o teste deGrubbs (GRUBBS, 1969), para identificação de outliers . Para cada corpo-de-prova moldado foram feitas duas réplicas de ensaio sob as mesmas condiçõesdo primeiro.

W(%)

T( 1/2W0) T(4dias) T(8dias)

W (1/2W0)

W (final)

FIGURA 2 – Ensaio para a análise da variação da umidade durante a imersão

A partir dos resultados da etapa anterior, foram estabelecidos os tempos

de imersão para se proceder a fase de penetração dos corpos-de-prova. Foramdeterminados o índice de suporte CBR dos corpos-de-prova ensaiados nasseguintes condições:

• imediatamente após a moldagem, sem imersão (W0);• após o tempo de imersão necessário para que a variação de umidade

atingisse a metade da variação de umidade final (1/2W0);• após 4 dias de imersão (T4dias);• após oito dias de imersão (T8dias).

5. ANÁLISE DOS RESULTADOS

Na Tabela 2 são apresentados respectivamente os valores de umidadeótima e massa específica seca máxima dos materiais estudados. O 1º e o 2ºsolo de cada par é constituído de solos, respectivamente, lateríticos e não-lateríticos.



158

TABELA 2 – Umidade ótima e massa específica seca máxima dossolos e da brita

Par 1 2 3 Brita

Solo 1 2 3 4 5 6wOT(%) 13,2 14,7 11,3 10,9 24,9 26,4 4,3

ρdmáx

(g/cm³)1,905 1,788 1,920 1,965 1,608 1,433 2,103

Nas Figuras 3 e 4 são apresentados gráficos que relacionam, respec-tivamente, umidade ótima e massa específica seca máxima com a porcentagemde argila (porcentagem de material menor que 0,005mm – NBR 7181-1984,ABNT) presente nos materiais.

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40

% d e argila

U m i d a d e ó t i m a ( % )

Lateríticos

Não-lateríticos

brita

FIGURA 3 – Porcentagem de argilaversus umidade ótima



159

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0 10 20 30 40

% d e argila

M a s s a e s p e c í f i c a s e c a m á x i m a ( g / c m ³ )

Lateríticos

Não-lateríticos

brita

FIGURA 4 – Porcentagem de argila versus massa específica seca máxima

Analisando-se o comportamento dos solos conforme apresentado nasFiguras 3 e 4, observa-se que a umidade ótima e a massa específica secamáxima, respectivamente aumentam e diminuem com a porcentagem da fraçãoargilosa presente no material. A brita, material tipicamente granular, apresentoua maior massa específica seca máxima e a menor umidade ótima do conjuntodos materiais estudados. Este comportamento é condizente com o observadoem outros estudos onde foi analisada a influência da composição granulométricanos resultados do ensaio de compactação.

Com relação à influência da gênese do solo sobre os resultados, observa-se, a partir da análise das Figuras 3 e 4 que, de maneira geral, os solos lateríticosapresentam umidade ótima e massa específica seca máxima, respectivamente

menores e maiores, que os solos não lateríticos.Quando se analisa o comportamento de cada um dos pares

isoladamente, observa-se que o par 2, constituído pelos solos 3 e 4, apresentaum comportamento discrepante dos demais, visto que ao solo lateríticocorrespondem a maior umidade ótima e o menor massa específica seca. Doisaspectos poderiam ter concorrido para este fato: o primeiro aspecto seria o deque estes solos situam-se muito próximos da fronteira que separa os solos decomportamentos laterítico e não laterítico. O segundo aspecto a ser destacado:o solo 3, laterítico, apresenta uma maior quantidade de finos que o solo 4, nãolaterítico, e assim a granulometria teria tido influência mais efetiva nocomportamento do material do que a sua gênese.



160

5.1. Expansão

Na Figura 5 é apresentada a relação entre a expansão e a porcentagemde argila presente nos materiais estudados.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 10 20 30 40

% d e argila

E x

p a n s ã o ( % )

Lateríticos

Não-lateríticos

brita

FIGURA 5 – Porcentagem de argila versus expansão final

Analisando-se o comportamento dos pares de solos conformeapresentado na Figura 5, observa-se que a expansão aumenta com ocrescimento da porcentagem da fração argilosa presente nos materiais. Quantoà influência da gênese, observa-se, que de maneira geral, os solos lateríticosexpandem menos que os solos não lateríticos, como já era esperado, tendo emvista estudos já realizados (NOGAMI, 1978; NOGAMI & VILLIBOR, 1980).

5.2. Estudo do Índice de Suporte CBR

Na Tabela 3 são apresentados os valores médios dos resultados dosensaios de CBR após o tratamento estatístico utilizando-se o método deGRUBBS (1969), para os diversos tempos de imersão.



161

TABELA 3 – Valores de CBR (%) para condições variadas de umidade

Par Solo Semimersão

Metade daumidade de

equilíbrio

4 dias deimersão

8 dias deimersão

1 1 37 37 23 17

2 28 28 27 20

2 3 41 42 39 43

4 32 28 31 35

3 5 13 12 14 14

6 23 23 09 10

Brita 118 70 66 30

Nas Figuras 6, 7, 8 e 9 são apresentados, respectivamente, os gráficosque ilustram a variação dos valores de CBR com a porcentagem de argilapresente nos materiais, para as seguintes condições de umidade: sem imersão,com metade da umidade de estabilização, após quatro e oito dias de imersão.

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10 20 30 40

% d e argila

C B R i m e d i a t o ( % )

Lateríticos

Não-lateríticos

brita

FIGURA 6 – Porcentagem de argila versus CBR obtido sem imersão (imediato)



162

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40

% d e argila

C B R

1 / 2 u m i d a d e d e e s t a b i

l i z a ç ã o ( % )

Lateríticos

Não-lateríticos

brita

FIGURA 7 - Porcentagem de argila versus CBR obtido com metade da umidade deestabilização

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40

% d e argila

C B R 4 d i a s ( % )

Lateríticos

Não-lateríticos

brita

FIGURA 8 – Porcentagem de argila versus CBR obtido após 4 dias de imersão



163

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40

% de argila

C B R 8 d i a s ( %

)

Lateríticos

Não-lateríticos

brita

FIGURA 9 – Porcentagem de argila versus CBR obtido após 8 dias de imersão

Analisando-se os valores apresentados na Tabela 3 e as Figuras 6, 7, 8e 9, pode-se observar que os valores de CBR dos solos mais argilosos (solos 5e 6) são, de maneira geral, inferiores aos valores observados para os solosmenos argilosos (solos 1, 2, 3 e 4), sendo estes resultados em média de,respectivamente, 15% e 32%.

A brita destacou-se frente aos outros materiais quanto ao resultado deCBR, apresentando média geral de 71%.

Quanto à gênese pode-se verificar que os solos de comportamentolaterítico (solos 1, 3 e 5), apresentaram média geral de CBR superior aapresentada pelos solos não lateríticos (solos 2, 4 e 6), sendo esta média derespectivamente, 28% e 25. Levando-se em consideração as quatro condiçõesde umidade em que os corpos-de-prova foram ensaiados pode-se observarque para todos os períodos de imersão (Figuras 7, 8 e 9) e sem imersão (Figura6) houve queda do valor do índice de suporte CBR com o aumento do teor deargila, fato já constatado anteriormente, quando se analisou a média dosresultados como um todo.

A brita apresentou-se bastante sensível à presença da água,apresentando queda do valor do CBR de cerca de 74% do período sem imersãopara o período após quatro dias de imersão.

Quanto à gênese pode-se observar que os solos de comportamentolaterítico apresentaram valores superiores ao dos solos não lateríticos

independente das condições de umidade.



164

Analisando-se cada par separadamente, pode-se observar que o solo 1,quando está sob condição de imersão, apresenta um comportamento anômaloquando comparado aos outros solos com a mesma gênese. Isto deve-seprovavelmente à presença de argilominerais mais reativos à presença de águae a transicionalidade do material quanto à laterização.

Para o par 3, a porcentagem de argila mostrou-se mais relevante que agênese dos solos que o compõe, tendo-se em vista que sem imersão o solonão laterítico (solo 6) apresentou maior valor de CBR que o seu correspondentepar laterítico (solo 5).

Com o objetivo de complementar a análise da influência da umidade noíndice de suporte CBR, apresenta-se na Tabela 4 a variação do CBR sobcondições variadas de umidade (sem imersão, com metade da umidade deestabilização, após 4 e 8 dias de imersão), a partir dos resultados do CBR semimersão. Cabe-se destacar que os valores negativos referem-se à redução do

índice de suporte CBR, e os valores positivos significam acréscimo nos valoresdos mesmos, ambos em relação ao resultado de CBR obtido após rompimentosem imersão.

Tendo-se em vista que a variação relativa do CBR para as condiçõesvariadas de umidade, em alguns casos encontra-se dentro da dispersãoesperada para tal ensaio (+ 15%), pode-se admitir, nesses casos, que não hádiferença entre os resultados sem imersão e nas várias condições de imersão.

Cabe-se ressaltar que o solo 6, não laterítico, apresentou decréscimorelativo do valor do índice de suporte CBR superior ao apresentado pela brita

no quarto dia de imersão, isto deve-se ao caráter bastante expansivo destematerial, com a provável presença de argilo-minerais bastante reativos àpresença da água. O solo 1, de comportamento anômalo quando sob imersãotambém apresentou decréscimo acentuado do valor do CBR, fato justificadopelas características peculiares deste material.

TABELA 4 – Variação relativa do CBR (%) para condições variadas deumidade

Par Solos Sem

imersão

1/2 da

umidadede

equilíbrio

4 dias

deimersão

8 dias de

imersão

1 1 0 0 -38 -54

2 0 0 -4 -29

2 3 0 +2 -5 +5

4 0 -13 -3 +9

3 5 0 -8 +8 +8

6 0 0 -61 -57

Brita 0 +41 -44 -75



165

A Figura 10 apresenta a variação relativa do valor do CBR em funçãodo tempo de imersão para a brita estabilizada granulometricamente.

0

20

40

60

80

100

120

140

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo de imersão (dias)

C B R ( % )

FIGURA 10 – CBR em função do tempo de imersão para a brita estabilizadagranulometricamente

Pode-se observar com a Figura 10 que a brita mostrou-se mais sensívelà presença da água d que os solos, apresentando queda do CBR para as trêscondições de umidade.

De maneira geral, analisando-se a Tabela 4, pode-se afirmar que osresultados sob as condições de umidade impostas para os solos pouco diferemdos resultados apresentados para o ensaio sem imersão, assim a preocupaçãoexistente com relação ao tempo de imersão do ensaio CBR (4 dias) ser muitosevero para as condições brasileiras, não é pertinente, visto que apenas o solo

6, com cerca de 27% de argila na sua constituição e de comportamento nãolaterítico apresentou uma variação entre o CBR sem imersão e após imersãopor quatro dias que excede 20%.

6. CONCLUSÕES

É importante ressaltar que todas as conclusões apresentadas neste tópicorestringem-se ao universo estudado.

As condições de umidade interferem no comportamento mecânico dos

materiais utilizados em pavimentação e este comportamento pode variar deacordo com a granulometria e a gênese do material.



166

No estudo do índice de suporte CBR para as diversas condições deumidade analisadas (sem imersão, com metade da umidade de estabilização,após 4 dias e 8 dias de imersão), pode-se verificar que os valores de CBR dossolos mais argilosos (solos 5 e 6) são, de maneira geral, inferiores aos valoresobservados para os solos menos argilosos (solos 1, 2, 3 e 4) sendo estes

resultados em média de, respectivamente, 15% e 32%.A brita destacou-se frente aos outros materiais quanto ao resultado de

CBR, apresentando média geral de 71%.

Quanto à gênese pode-se verificar que os solos de comportamentolaterítico (solos 1, 3 e 5), apresentaram média geral de CBR superior aapresentada pelos solos não lateríticos (solos 2, 4 e 6), sendo esta médiarespectivamente, 28% e 25%.

Levando-se em consideração as quatro condições de umidade em queos corpos-de-prova foram analisados pode-se observar que para todos os

períodos de imersão e sem imersão houve queda do valor do índice de suporteCBR com o aumento do teor de argila.

A brita apresentou-se bastante sensível à presença da água,apresentando queda do valor do CBR de cerca de 74% do período sem imersãopara o período após quatro dias de imersão.

Quanto à gênese, pode-se observar, que os solos de comportamentolaterítico apresentaram valores superiores ao dos solos não lateríticosindependente das condições de umidade. O solo 1 apresentou comportamentoanômalo quando comparado aos outros solos com a mesma gênese. Isto deve-

se, provavelmente, a presença de argilominerais mais reativos à presença deágua e a transicionalidade do material quanto à laterização.

Assim, pode-se concluir que de maneira geral, os resultados sob ascondições de umidade impostas para os solos pouco diferem dos resultadosapresentados para o ensaio sem imersão, assim a preocupação existente comrelação ao tempo de imersão do ensaio CBR (4 dias) ser muito severo para ascondições brasileiras, não é pertinente, visto que apenas o solo 6, com cercade 27% de argila na sua constituição e de comportamento não lateríticoapresentou uma variação entre o CBR sem imersão e após imersão por quatro

dias que excede o valor de 20%.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1984). NBR 7181 - Solo – análise granulométrica. Rio de Janeiro.

DEPARTAMENTO DE ESTRADAS DE RODAGEM DO ESTADO DE SÃOPAULO (1971). DER/SP M53-71, Ensaio de Suporte Califórnia de Amostras

Compactadas em Laboratório. Método de Ensaio, publicação de 1974.



167

DEPARTAMENTO DE ESTRADAS DE RODAGEM DO ESTADO DE SÃOPAULO (1982). Método de dimensionamento de pavimentos flexíveis –seção 6.04. Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de SãoPaulo.

FERREIRA, M. A. G. (1986). Considerações sobre misturas solo-agregadocompostas por materiais tropicais para uso em pavimentação. Dissertação

– EESC-USP. São Carlos –SP.GODOY, H. (1997). Identificação e classificação geotécnica de latossolos do

estado de São Paulo pelo método das pastilhas MCT. Tese – Instituto deGeociências – USP, 132 p. São Paulo.

MEDINA, J. (1997). Mecânica dos Pavimentos, 1ª ed., Editora UFRJ, Rio deJaneiro, 380p.

NOGAMI, J. S.; VILLIBOR, D. F. (1980). Caracterização e classificação geraisde solos para pavimentação: limitação do método tradicional. Apresentaçãode uma nova sistemática. IN: Reunião Anual de Pavimentação, ABPv, p.1-38, Anais. Belo Horizonte – BH.

NOGAMI, J. S.; VILLIBOR, D. F. (1995). Pavimentação de baixo custo comsolos lateríticos. São Paulo, Editora Vilibor. 213p.

PORTER. O. J. (1942). Foundations for flexible pavements . Highway Research

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