Relatório - Laboratório de Pavimentação - Indice de Suporte California.docx

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ – UEM

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

INDICE DE SUPORTE CALIFORNIA

NOME R.A.

BÁRBARA JÚLIA DE SOUZA MOTA 79244

JEAN CARLOS DA SILVA LEMOS 81051

ENGENHARIA CIVIL

LABORATÓRIO DE PAVIMENTAÇÃO

TURMA: 2596/003

MARINGÁ

2015

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO......................................................................................................................................2

2. REVISÃO TEÓRICA............................................................................................................................3

3. MATERIAIS E MÉTODOS..................................................................................................................4

4. RESULTADOS E ANÁLISES...............................................................................................................5

4.1 COMPACTAÇÃO....................................................................................................................................5

4.2 EXPANSÃO..............................................................................................................................................6

4.3 ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA - CBR.......................................................................................11

5. CONCLUSÕES E DISCUSSÕES.......................................................................................................21

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................................22

1

1. INTRODUÇÃO

2

2. REVISÃO TEÓRICA

3

3. MATERIAIS E MÉTODOS

4

4. RESULTADOS E ANÁLISES

4.1 COMPACTAÇÃO

Os dados obtidos para este ensaio foram coletados de todas as 8 turmas. Sendo assim, a

partir do ensaio de compactação foram obtidos os resultados do solo ensaiado, contido na Tabela 1.

ENSAIO DE COMPACTAÇÃOCILINDRO N⁰ 1 6 2 3 9 5 7 4ÁGUA ACRESCENTADA (g) PESO DO CILINDRO (gf) 5503 5544 5314 5527 5600 5252 5455 5663

VOLUME DO CILINDRO V(cm³) 2073,32078,

8 2094,12079,

1 2080 20902085,

92077,

7PESO DO CILINDRO + SOLO ÚMIDO (gf) 9229 9649 9775 10029 10133 9822 10000 10155PESO DO SOLO ÚMIDO (gf) 3726 4105 4461 4502 4533 4570 4545 4492NÚMERO DE GOLPES POR CAMADA (un) 26 26 26 26 26 26 26 26PESO ESP. DO SOLO ÚMIDO (gf/cm³) 1,795 1,975 2,13 2,165 2,179 2,187 2,179 2,162

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE UMIDADECÁPSULA N⁰ 3 1 18 16 5 13 s/n 17

AMOSTRA ÚMIDA + CÁPSULA (g) 93,21121,1

9 117,98111,2

1119,5

1 120,28104,4

7105,6

4

AMOSTRA SECA + CÁPSULA (g) 88,66113,2

6 109,78102,8

6110,1

0 109,84 95,42 95,75MASSA DE ÁGUA (g) 4,55 7,93 8,20 8,35 9,41 10,44 9,05 9,89MASSA DE CÁPSULA (g) 25,52 25,32 28,96 25,49 26,31 23,36 22,75 24,18MASSA DE SÓLIDOS (g) 63,14 87,94 80,82 77,37 83,79 86,48 72,67 71,57UMIDADE (%) 7,21 9,02 10,15 10,79 11,23 12,07 12,45 13,82

PESO ESP. APAR. DO SOLO SECO (g/cm³) 1,674 1,811 1,934 1,954 1,959 1,951 1,938 1,900

Tabela 1 - Peso específico úmido e umidade do solo para cada amostra

5

7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.001.500

1.550

1.600

1.650

1.700

1.750

1.800

1.850

1.900

1.950

2.000

CURVA DE COMPACTAÇÃO

UMIDADE (%)

PESO

ESP

. APA

RENT

E DO

SOL

O SE

CO (g

/cm

³)

Gráfico 1 - Umidade (%) x Peso Específico Aparente Seco (kN/m³) para cada amostra

Com os dados obtidos da Tabela 1 e demonstrados graficamente conforme apresentado no

Gráfico 1, conclui-se que, com o aumento do teor de umidade melhora a compactação do solo, isso

se dá pelo fato da água preencher os vazios do solo e melhorando a interação no dos grãos do solo,

no entanto a partir de um ponto o solo passa do ponto de saturação, e a compactação passa a

diminuir novamente, ou seja a água que atuava como um elo de ligação dos grãos do solo agora em

quantidade demasiada prejudica a interação dos grãos, desta forma verificou-se que o ponto teor de

umidade ótima foi de 11,20%, onde este valor corresponde ao peso específico aparente seco

máximo.

4.2 EXPANSÃO

Após terminado o ensaio de compactação do solo, as oito amostras de solo foram separadas e destinadas para o tanque de água onde ficaram em repouso por quatro dias. A altura do corpo de prova de cada cilindro está contida na Tabela 2

CILINDRO ALTURA (MM)

1 113,96 114.02 114,53 113,99 113,95 113,97 113,94 113,9

Tabela 2 – Altura dos corpos de prova.

6

Os resultados obtidos para a expansão foram obtidos com as diferenças de leituras realizadas

diariamente no intervalo de quatro dias e esta diferença é dividida pela altura do corpo, presente na

Tabela 2, os resultados para cada corpo de prova estão contidos nas tabelas 3 a 10.

DATA HORA LEITURADIFERENÇ

A (%)31.7 11:00 2,00 0 01.8 11:00 3,35 1,35 1,18525

2.8 11:00 3,37 0,020,01755

93.8 11:00 3,38 0,01 0,008784.8 11:00 3,39 0,01 0,00878

Tabela 3 – Dados do ensaio de expansão do solo do cilindro 1.

7


A (%)31.7 11:00 1,00 0 01.8 11:00 1,29 0,29 0,2543862.8 11:00 1,31 0,02 0,0175443.8 11:00 1,32 0,01 0,0087724.8 11:00 1,32 0,00 0



A (%)31.7 11:00 1,00 0 01.8 11:00 1,04 0,04 0,0349342.8 11:00 1,06 0,02 0,0174673.8 11:00 1,07 0,01 0,0087344.8 11:00 1,07 0,00 0


DATA HORA LEITURA DIFERENÇA (%)31.7 11:00 1,00 0 01.8 11:00 1,01 0,01 0,008782.8 11:00 1,02 0,01 0,008783.8 11:00 1,02 0,00 04.8 11:00 1,02 0,00 0



A (%)31.7 11:00 1,00 0 01.8 11:00 1,08 0,08 0,0702372.8 11:00 1,09 0,01 0,008783.8 11:00 1,09 0,00 04.8 11:00 1,09 0,00 0



A (%)31.7 11:00 1,00 0 01.8 11:00 1,04 0,04 0,0351192.8 11:00 1,06 0,02 0,0175593.8 11:00 1,06 0,00 04.8 11:00 1,06 0,00 0



A (%)31.7 11:00 1,00 0 01.8 11:00 1,11 0,11 0,0965762.8 11:00 1,13 0,02 0,017559

8

3.8 11:00 1,10 -0,03 -0,026344.8 11:00 1,08 -0,02 -0,01756



A (%)31.7 11:00 1,00 0 01.8 11:00 1,02 0,02 0,0175592.8 11:00 1,03 0,01 0,008783.8 11:00 1,01 -0,02 -0,017564.8 11:00 1,00 -0,01 -0,00878


Com os dados obtidos do ensaio de expansão, é possível realizar a confecção de um gráfico para

cada corpo de prova ensaio, onde este gráficos apresentam os valores em expansão pela data de

leitura, os gráficos para cada corpo de prova estão representados nos Gráficos de 2 a 9

29/7 31/7 2/8 4/8 6/80

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

DAta da leitura

expa

nsão

(%)

Gráfico 2 – Expansão (%) por Data de leitura para o cilindro 1.

29/7 31/7 2/8 4/8 6/80

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

data da leitura

expa

nsão

(%)

9


29/7 31/7 2/8 4/8 6/80

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

DAta da leitura

expa

nsão

(%)


29/7 31/7 2/8 4/8 6/80

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

DAta da leitura

expa

nsão

(%)


10

29/7 31/7 2/8 4/8 6/80

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

DAta da leitura

expa

nsão

(%)


29/7 31/7 2/8 4/8 6/80

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

DAta da leitura

expa

nsão

(%)


29/7 31/7 2/8 4/8 6/8

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

DAta da leitura

expa

nsão

(%)


11

29/7 31/7 2/8 4/8 6/8

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

DAta da leitura

expa

nsão

(%)


De acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (2006, p. 136) a expansão máxima

aceitável é de 0,5%, desta forma é possível verificar que pelos gráficos de expansão por data de

leitura de cada corpo de prova que o corpo de prova obteve expansão acima do limite, nos cilindros

7 e 4 além de apresentar expansão estes também apresentaram retração, porem esta ficou dentro do

limite aceitável, nas demais amostras apresentaram expansão, mas estas sempre dentro do limite

aceitável.

7 8 9 10 11 12 13 140.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

umidade (%)

expa

nsão

(%)

Gráfico 10 – Expansão máxima (%) pela Umidade (%) de cada amostra de solo

Pelo gráfico 10, pode-se analisar que as amostras com teor de umidade mais elevado

apresentavam valores de expansão menores, e ainda vale ressaltar que nos corpos de prova com teor

de umidade mais elevado estes apresentaram além da expansão, a retração. Para que se tenha uma

expansão controlada, é necessário que ao menos o solo tenha umidade no valor de 8,5 %.

12

4.3 ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA - CBR

Após os 4 dias de repouso do ensaio de expansão, os corpos de prova foram submetidos ao

ensaio de Índice de Suporte Califórnia, onde foi obtida a penetração de cada amostra em função da

pressão exercida pelo equipamento descrito anteriormente, e ainda tendo em mente que os corpos

de prova tinham teores de umidade diferentes, para a determinação do CBR (California Bearing

Ratio), foram utilizadas as Equações 1 e 2.

CBR2.54=P2.54

70∗100 % Equação 1.

CBR5.08=P5.08

105∗100 % Equação 2.

Para a determinação dos CBR’s foram empregados os índices de pressão padrão (kgf/cm²)

os valores de 70 e 105 para as penetrações de 0,1 e 0,2 pol. (2,54mm e 5,08mm) respectivamente

estabelecidos pela norma rodoviária DNER ME 049/1994. Os valores de P2.54 e P5.08 da equação

acima, foram encontrados utilizando a equação de calibração da prensa de CBR, onde encontra-se o

valor da carga. Dividindo-se a carga pela área da base do pistão, obtém-se as pressões P2.54 e P5.08.

O CBR então será a pressão calculada dividido pela pressão padrão correspondente às

penetrações padrões citadas anteriormente, ainda tendo conhecimento de que o diâmetro da agulha

de penetração tem valor de 4,96 cm e por consequência a área da base da agulha tem o valor de

19,32 cm², e a equação de calibração da curva é dada pela Equação 3.

Y=2.1819∗X+11.5650 Equação 3.

Desta forma, os resultados dos cálculos do CBR estão contidos nas Tabelas 11 a 19.

PEN. TEMPO (MIN)

LEITURA 0,001 mm

PRESSÃO (Kgf/cm²)CBR (%)

CALC. CORRIG.0,63 0,50 9 1,61 1,27 1,00 14 2,18 1,90 1,50 17 2,50 2,54 2,00 18 2,63 2,63 3,763,17 2,50 20 2,86 3,81 3,00 21 2,97 4,44 3,50 22 3,08 5,08 4,00 24 3,31 3,31 3,156,35 5,00 26 3,53 7,62 6,00 28 3,76 8,89 7,00 30 3,99

13

10,16 8,00 32 4,21 11,43 9,00 34 4,44 12,70 10,00 35 4,55

Tabela 11 – Dados do ensaio de penetração do cilindro 1.

14

PEN. TEMPO (MIN)

LEITURA 0,001 mm


CALC. CORRIG.0,63 0,50 45 5,68 1,27 1,00 67 8,16 1,90 1,50 74 8,95 2,54 2,00 78 9,41 9,41 13,443,17 2,50 82 9,86 3,81 3,00 85 10,20 4,44 3,50 87 10,42 5,08 4,00 89 10,65 10,65 10,146,35 5,00 94 11,21 7,62 6,00 97 11,55 8,89 7,00 101 12,00

10,16 8,00 104 12,34 11,43 9,00 108 12,79 12,70 10,00 112 13,25


PEN. TEMPO (MIN)

LEITURA 0,001 mm


CALC. CORRIG.0,63 0,50 128 15,05 1,27 1,00 203 23,52 1,90 1,50 249 28,72 2,54 2,00 282 32,44 32,44 46,353,17 2,50 304 34,93 3,81 3,00 315 36,17 4,44 3,50 318 36,51 5,08 4,00 318 36,51 36,51 34,776,35 5,00 316 36,28 7,62 6,00 316 36,28 8,89 7,00 316 36,28

10,16 8,00 320 36,73 11,43 9,00 326 37,41 12,70 10,00 333 38,20


15

PEN.TEMP

O (MIN)

LEITURA 0,001 mm


CALC. CORRIG.0,63 0,50 43 5,45 1,27 1,00 114 13,47 1,90 1,50 168 19,57 2,54 2,00 217 25,10 25,10 35,863,17 2,50 258 29,73 3,81 3,00 298 34,25 4,44 3,50 332 38,09 5,08 4,00 363 41,59 41,59 39,616,35 5,00 416 47,57 7,62 6,00 458 52,32 8,89 7,00 489 55,82

10,16 8,00 510 58,19 11,43 9,00 522 59,54 12,70 10,00 520 59,32


PEN. TEMPO (MIN)

LEITURA 0,001 mm


CALC. CORRIG.0,63 0,50 34 4,44 1,27 1,00 89 10,65 1,90 1,50 126 14,83 2,54 2,00 165 19,23 19,23 27,473,17 2,50 207 23,97 3,81 3,00 238 27,47 4,44 3,50 262 30,18 5,08 4,00 285 32,78 32,78 31,226,35 5,00 326 37,41 7,62 6,00 363 41,59 8,89 7,00 392 44,86

10,16 8,00 414 47,35 11,43 9,00 430 49,16 12,70 10,00 443 50,62


16

PEN.TEMP

O (MIN)

LEITURA 0,001 mm


CALC. CORRIG.0,63 0,50 8 1,50 1,27 1,00 18 2,63 1,90 1,50 31 4,10 2,54 2,00 46 5,79 5,79 8,283,17 2,50 64 7,83 3,81 3,00 85 10,20 4,44 3,50 106 12,57 5,08 4,00 128 15,05 15,05 14,346,35 5,00 175 20,36 7,62 6,00 224 25,89 8,89 7,00 271 31,20

10,16 8,00 316 36,28 11,43 9,00 362 41,48 12,70 10,00 405 46,33


PEN. TEMPO (MIN)

LEITURA 0,001 mm


CALC. CORRIG.0,63 0,50 6 1,28 1,27 1,00 10 1,73 1,90 1,50 19 2,74 2,54 2,00 29 3,87 12,80 18,293,17 2,50 42 5,34 3,81 3,00 57 7,04 4,44 3,50 73 8,84 5,08 4,00 99 11,78 29,00 27,626,35 5,00 179 20,81 7,62 6,00 251 28,94 8,89 7,00 289 33,23

10,16 8,00 318 36,51 11,43 9,00 344 39,44 12,70 10,00 369 42,27


17

PEN. TEMPO (MIN)

LEITURA 0,001 mm


CALC. CORRIG.0,63 0,50 4 1,05 1,27 1,00 6 1,28 1,90 1,50 10 1,73 2,54 2,00 13 2,07 2,07 2,953,17 2,50 18 2,63 3,81 3,00 22 3,08 4,44 3,50 26 3,53 5,08 4,00 31 4,10 4,10 3,906,35 5,00 41 5,23 7,62 6,00 51 6,36 8,89 7,00 63 7,71

10,16 8,00 76 9,18 11,43 9,00 112 13,25 12,70 10,00 169 19,68


A partir dos resultados encontrados, pode-se traçar as seguintes curvas de penetração em

função da pressão exercida pela agulha para cada uma das amostras com umidades diferentes.

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.000.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

penetração (mm)

PRES

São

(kg/

cm²)

Gráfico 11 – Pressão (Kgf/cm²) por penetração do cilindro 1.

18

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.004.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

13.00

14.00

penetração (mm)

PRES

São

(kg/

cm²)


0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.0015.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

penetração (mm)

PRES

São

(kg/

cm²)


0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.000.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

penetração (mm)

PRES

São

(kg/

cm²)


19

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.000.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

penetração (mm)

PRES

São

(kg/

cm²)


0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.000.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

penetração (mm)

PRES

São

(kg/

cm²)



20

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.000.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

penetração (mm)

PRES

São

(kg/

cm²)


Observando os gráficos das penetrações em função da pressão exercida pela agulha, pode-se

verificar que onde obteve-se os maiores valores de CBR, correspondiam com as mesmas faixas de

umidade, onde o peso especifico aparente seco foi máximo, e portanto valores próximos da umidade

ótima, vale ressaltar que para o cilindro 7 obteve-se um ponto de inflexão na curva de penetração

por pressão, desta forma para a obtenção do valor de pressão, foi necessário realizar uma correção,

traçando uma reta tangente ao ponto de inflexão e no local onde a reta tangente toca a abcissa,

obteve-se uma constante que somada com a abcissa para as penetrações de 0,1 e 0,2 polegadas (2,54

mm e 5,08mm), e rebatendo de volta na curva de penetração por pressão, encontra-se o valore de

pressão corrigida.

Para a determinação da curva do CBR, adotou-se o maior valor obtidos para as penetrações

de 2,54 mm e 5,08 mm, os valores máximos de CBR para cada corpo de prova está contido na

Tabela 19.

Umidade CBR7,21 3,769,02 13,44

10,15 46,3510,79 39,6111,23 31,2212,07 14,3412,45 11,2213,82 3,90

Tabela 19 – CBR para cada teor de umidade.

21

De posse destes valores é possível realizar a confecção do gráfico de CBR por teor de

umidade, como está representado no Gráfico 19.

7 8 9 10 11 12 13 14 150.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

umidade (%)

CBR

(%)

Gráfico 19 - CBR (%) pela Umidade (%) de cada amostra de solo.

Com os resultados obtidos dos ensaios de compactação do solo e o ensaio de penetração é

possível realizar uma relação entre estes dois ensaios, onde para ambos dependem do ponto de um

ponto de umidade ótima, onde para o ensaio de compactação, analisando o Gráfico 1, a umidade

ótima obtida foi de 11,1 %, e para o ensaio de CBR a umidade ótima, analisando o Gráfico 19, a

umidade ótima foi de 10,3%. Desta maneira, a partir da análise gráfica verificou-se que a umidade

ótima não é necessariamente igual, na relação destes dois fatores.

22

5. CONCLUSÕES E DISCUSSÕES

Pela execução deste ensaio foi possível observar o quão importante é necessário ter

conhecimento do solo sobre o qual se realizará o pavimento asfáltico, principalmente com relação

ao teor de umidade presente na região, pois para uma quantidade baixa de teor de umidade o solo é

muito seco e não tem uma perfeita comunicação dos seus grânulos, e para quantidade elevada o solo

apresentará menores valores de peso especifico aparente seco, o que diminuirá a resistência, outro

fator essencial para a análise de um solo para a utilização é a expansão.

Este ensaio é constituído de três etapas, a primeira etapa realizada foi o ensaio de

compactação do solo, onde para este ensaio obteve-se um gráfico de peso especifico aparente seco

por umidade, que foi utilizado para a determinação do teor de umidade ótima, que é onde o valor de

peso especifico aparente seco é máximo, apresentando um valor de 11,1 %, a segunda etapa

consistia de deixar os corpos de provas previamente compactados em um tanque de agua por quatro

dias realizando leitura diariamente para a verificação das amostras quanto à expansão, onde este

valor não poderia ultrapassar 0,5 %, que é o limite de expansão aceitável, nesta etapa do ensaio

verificou-se que apenas o cilindro 1 não obteve valores aceitáveis, mesmo em outros dois cilindros

(cilindros 7 e 4) apresentaram além de expansão, também retenção, porém estes valores não

ultrapassaram o valor aceitável, a última etapa foi o ensaio de determinação do CBR, onde para este

obteve-se um gráfico de CBR por umidade, onde foi observado que no maior valor de umidade, foi

obtido um teor de umidade de 10,3 %.

A partir do gráfico de CBR por teor de umidade, é possível a obtenção do CBR (Índice de

Suporte Califórnia), cujo valor encontrado foi de cerca de 47 %, classificando este valor obtido com

o critério do Highway Research Bureau, tem-se que a qualidade do solo analisado é boa, e este solo

pode ser utilizado tanto para base quanto para sub-base.

Avaliando a viabilidade deste ensaio, observou-se algumas vantagens, como a simplicidade

de execução que não demanda cálculos de grande complexibilidade, o fato do ensaio de CBR

fornecer resultados reconhecidos mundialmente e também ser o ensaio mais utilizado para o

dimensionamento de pavimentos flexíveis no Brasil, porem algumas das desvantagens deste ensaio

é que demanda uma grande quantidade de amostra a ser utilizada, além do tempo de saturação do

solo que é de quatro dias, tornando um ensaio de muito lenta realização.

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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTE. MANUAL DE

PAVIMENTAÇÃO. Rio de Janeiro, 2006.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER-ME 049: Solos –

Determinação do Índice de Suporte Califórnia utilizando amostras não trabalhadas. Rio de Janeiro,

1994.

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