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D ISSERTAÇÃO DE M ESTRADO

No^032

ESTUDO COMPARATIVO DOS ENSAIOS DE CBR E

MINI-CBR PARA SOLOS DE UBERLÂNDIA-MG

Ricardo Andrade de Souza

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

Nº 032

Ricardo Andrade de Souza

ESTUDO COMPARATIVO DOS ENSAIOS DE CBR E

MINI-CBR PARA SOLOS DE UBERLÂNDIA-MG

Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Federal de Uberlândia, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Área de Concentração: Engenharia Urbana.

Orientadora: Prof.ª Dr.ª Maria Elisa Borges Rezende

UBERLÂNDIA, 29 DE JUNHO DE 2007.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus pela vida e pela oportunidade de ter participado desta pesquisa e pelo conhecimento adquirido ao longo deste trabalho.

À minha orientadora Maria Elisa Borges Resende, pelas idéias, empenho e apoio no desenvolvimento da dissertação.

À secretária da Pós-graduação Sueli Maria Vidal da Silva pela atenção e companheirismo que tem com todos os alunos da pós-graduação e que nos acompanha desde a seleção até a defesa das dissertações.

Agradeço a todos os meus amigos pela força e motivação durante este período de estudo.

À Universidade Federal de Uberlândia e à Faculdade de Engenharia Civil, que forneceram o apoio necessário.

A CAPES pelo apoio financeiro no desenvolvimento da pesquisa.

A FAPEMIG pelo apoio financeiro na realização dos ensaios da metodologia MCT.

Ao aluno da Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Federal de Uberlândia, Rheno Batista Tormin Filho, que me apoiou nos ensaios de mecânica dos solos com o trabalho de iniciação científica “Caracterização Geotécnica dos Solos Superficiais de Uberlândia”.

Aos técnicos do laboratório de Geotecnia da Faculdade de Engenharia Civil da UFU: José Antônio Veloso e Romes Aniceto da Silva, pelo acompanhamento nos ensaios laboratoriais.

Souza, R. A. de. Estudo comparativo dos ensaios de CBR e Mini-CBR para solos de Uberlândia – MG. Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia Civil, Universidade Federal de Uberlândia, 2007. 113 p.

RESUMO

O presente trabalho trata de um estudo comparativo entre o ensaio de CBR e o ensaio de Mini-CBR para os solos de Uberlândia – MG, visando ampliar a utilização do Mini-CBR, tendo em vista suas vantagens em relação ao CBR. As principais vantagens do referido ensaio são maior praticidade do ensaio, exigência de menor quantidade de amostra, maior rapidez na execução, solicitação de menor esforço físico para execução e menor influência do operador na execução, sendo também, menos dispendioso que o ensaio de CBR. Buscou-se verificar a existência de correlação entre valores de CBR e Mini-CBR para os solos de Uberlândia e/ou validar as correlações já existentes propostas por outros autores. Foram estudadas amostras de solos de 8 unidades geotécnicas do município de Uberlândia mapeadas por Andrade (2005). As amostras foram compactadas nas 5 umidades necessárias à definição da curva de compactação. Para cada amostra de solo foram realizados os ensaios de caracterização tradicionais, ensaio de Mini-MCV e perda de massa por imersão, para classificação MCT, o ensaio de CBR na energia normal, ensaio de Mini-CBR – sem imersão / sem sobrecarga, Mini-CBR – com imersão / com sobrecarga e Mini-CBR – sem imersão / sem sobrecarga com o solo compactado em uma única face do corpo-de-prova. Concluiu-se que para os solos analisados não existe uma relação clara entre os valores de CBR e Mini-CBR, independente da unidade geotécnica (origem), da classificação MCT e da forma de execução do ensaio. Com relação à massa específica aparente seca máxima e a umidade ótima na energia do Proctor Normal, no intervalo de umidade de +/- 2% para as areias e +/- 4% para as argilas, existe uma ótima relação entre os valores obtidos pela compactação em miniatura e o Proctor Normal, independente de ser realizada no cilindro grande ou pequeno. Palavras-chave: Compactação, CBR, Mini-CBR, solos lateríticos, classificação MCT.

SÍMBOLOS, ABREVIATURAS E SIGLAS

aprox. -aproximadamente

-peneira

CBR -Califórnia Bearing Ratio cl. -classificação cm -centímetro CP -corpo-de-prova CP’s -corpos-de-prova c’ -coeficiente angular da parte mais inclinada e retilínea da curva de deformabilidade correspondente ao Mini-MCV = 12 obtido do ensaio de Mini-MCV d’ -coeficiente calculado a partir do coeficiente angular da parte mais inclinada do ramo seco da curva de compactação (teor de umidade X massa específica aparente seca) correspondente a 12 golpes dif. max. -diferença máxima DER-SP -Departamento de Estradas de Rodagem de São Paulo DNER -Departamento Nacional de Estradas de Rodagem EUA -Estados Unidos da América e’ -Índice que expressa o caráter laterítico do solo obtido do ensaio de Mini-MCV g -Grama HRB -Highway Research Board h -Horas ISC -Índice de Suporte Califórnia ITA -Instituto Tecnológico de Aeronáutica kg -quilograma kN -quilonewton LL -Limite de Liquidez LP -Limite de Plasticidade m -metro máx. -máxima mm -milímetro MR _ Módulo de Resiliência (kgf/cm²) MCT -Miniatura, Compactado, Tropical MCT-M -Miniatura, Compactado, Tropical – Modificado

MCV -Moisture Condicion Value min -minuto Mini-CBR -Ensaio Mini-CBR da Metodologia MCT Mini-Compactação -Ensaio de Mini-Compactação com Energia Constante da Metodologia MCT Mini-MCV -Ensaio de Mini-MCV da Metodologia MCT Mini-Proctor -Ensaio de Mini-Compactação com Energia Constante da Metodologia MCT Mini-wot -Teor de umidade ótima, obtido no equipamento miniatura Mini-ρsmáx -Valor de Massa Específica Aparente Seca Máxima obtido no equipamento miniatura N -Número de pares de dados PI -Proctor Intermediário PN -Proctor Normal (realizado no cilindro pequeno com soquete pequeno) R² -Coeficiente de Determinação de Regressão ref. -referência SAFL -Solo Arenoso Fino Laterítico SLA -Solo Laterítico Agregado SUCS -Sistema Unificado de Classificação dos Solos UG -Unidade Geotécnica W -Teor de umidade Wot -Teor de umidade ótimo ρs -Massa Específica Aparente Seca ρsmax -Massa Específica Aparente Seca Máxima δ -Massa Específica dos grãos X -Versus

Tabela 4-7 – Correlações entre ρsmax do PN (X) e dos demais ensaios (Y)......................... 67

Tabela 4-8 – Diferença máxima entre a Wot dos outros ensaios e a Wot de referência (PN) ..................................................................................................................................... 69

Tabela 4-9 – Coeficiente de correlação para a igualdade entre o CBR e o Mini-CBR ....... 79

Tabela 4-10 – Valores de CBR encontrados e estimados pela classificação HRB (SENÇO, 1997)............................................................................................................................ 81

Tabela 4-11 – Valores de CBR encontrados e estimados pela Classificação Unificada (SENÇO, 1997). .......................................................................................................... 81

Tabela 4-12 – Classificação dos materiais para diferentes utilizações de acordo com a classificação MCT. (NOGAMI E VILLIBOR, 1995)................................................. 82

Tabela 4-13 Relação entre o valor do Mini-CBR imerso e o não imerso (RIS).................. 83

Tabela 4-14 - Valores de expansão nos ensaios de CBR e Mini-CBR (CICS) ................... 84

SUMÁRIO

Capítulo 1 Introdução (^1)

CA CAPPÍÍTTUULLOO 1 1

I I NTNTRROODDUUÇÇÃÃOO

1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Este estudo pretende comparar os resultados do ensaio de CBR com os do Mini- CBR para os solos de Uberlândia, procurando aumentar o uso do Mini-CBR por este ter maior praticidade e rapidez na sua execução, uma vez que exige menor quantidade de amostra, além de propiciar menor esforço físico e influência do operador na sua execução. Devido a esses fatores pode-se asseverar que o ensaio de Mini-CBR é menos oneroso do que o ensaio de CBR. Em suma, buscou-se verificar e/ou validar correlações existentes, propostas por outros autores, entre valores de CBR e Mini-CBR para os solos de Uberlândia-MG. Para Villibor (2000), o déficit de pavimentos urbanos é grande em quase todas as cidades brasileiras, abrangendo desde vias principais de cidades de grande porte até vias de circulação de distritos e conjuntos habitacionais. Em outras regiões do país a situação quanto ao déficit de pavimentos urbanos é agravada ainda mais, demonstrando a necessidade e a importância do desenvolvimento de uma tecnologia de pavimentação que minimize os custos de implantação destes pavimentos. Já Medina (1997) ressalta que o dimensionamento de pavimento requer uma análise teórica mais aprofundada e utilização de parâmetros experimentais de deformabilidade de solos e materiais de pavimentação no país. Vale dizer que o módulo de resiliência (resilient modulus) é o parâmetro recomendado pela AASHTO para a avaliação estrutural das camadas dos pavimentos flexíveis. Este autor diz que as estruturas de pavimentos flexíveis de rodovias têm sido dimensionadas pelo método do DNER, com base no ensaio CBR e nas curvas de

Capítulo 1 Introdução (^2)

dimensionamento do Corpo de Engenheiros Militares dos EUA – o USCE. Em aeroportos adota-se o método dos F.A.A. (Federal Aviation Administration) de mesma origem. O ensaio de CBR (Califórnia Bearing Ratio) traduzido como Índice de Suporte Califórnia (ISC), foi concebido pelo Departamento de Estradas de Rodagem da Califórnia (USA) para avaliar a resistência dos solos americanos, típicos de climas frios e temperados e, associado a ele foi desenvolvido um método de dimensionamento de pavimentos flexíveis pelo qual se obtém a espessura total do pavimento necessária para suprir a deficiência do solo do subleito quanto à sua capacidade portante e leva-se em conta o tipo de tráfego (intensidade e massa dos veículos) e o valor estatístico do CBR das camadas estruturais. (MARSON, L. A., 2004) Ainda de acordo com este pesquisador cabe destacar que a relativa simplicidade na execução do ensaio é o que faz com que, ainda hoje, seja o mesmo adotado por vários países do mundo, sobretudo pelas nações em desenvolvimento. No Brasil, o ensaio CBR é extensamente utilizado e consiste no principal recurso geotécnico para o dimensionamento de pavimentos. No ensaio de CBR é medida a resistência à penetração de uma amostra saturada compactada segundo o método de Proctor. Para essa finalidade, um pistão com seção transversal de 49,6 mm de diâmetro, penetra na amostra a uma velocidade de 1, mm/min. O valor da resistência à penetração é computado em porcentagem da resistência correspondente à mesma penetração em uma amostra de brita graduada de elevada qualidade que foi adotada como padrão de referência. O ensaio é composto por 03 (três) etapas: compactação do corpo-de-prova, obtenção da curva de expansão após colocar os corpos-de-prova em imersão, e medida da resistência à penetração. Em virtude das peculiaridades dos solos tropicais, essa metodologia importada de climas frios e temperados, para estudo e projeto de pavimentos, especialmente os de baixo custo não foi satisfatória, o que deu origem ao desenvolvimento de uma nova metodologia de estudo dos solos, denominada MCT (Miniatura, Compactado, Tropical). Os motivos que levaram ao desenvolvimento dessa nova metodologia foram as limitações dos procedimentos tradicionais de previsão do CBR, segundo Nogami e Villibor (1995). De acordo com Barroso (2002) nas classificações tradicionais HRB (Highway Research Board) e SUCS (Sistema Unificado de Classificação dos Solos), os solos são hierarquizados pela granulometria e plasticidade, que não se mostram adequados para caracterizar solos tropicais.

Capítulo 1 Introdução (^4)

utilização desses materiais em camadas mais nobres da pavimentação de estradas vicinais e ruas. É justamente neste contexto que está inserido esse trabalho.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo Geral

O presente trabalho tem como objetivo geral realizar um estudo comparativo do ensaio de CBR com o ensaio de Mini-CBR para os solos de Uberlândia – MG, em que visa ampliar a utilização do Mini-CBR, tendo em vista suas vantagens em relação ao CBR.

1.2.2 Objetivos Específicos

Com a realização desta pesquisa, espera-se atingir os seguintes objetivos específicos:

ƒ Classificar os solos analisados pela metodologia MCT a fim de possibilitar a comparação da sua capacidade de suporte com outros solos de mesma classificação.

ƒ Comparar o valor do CBR e do Mini-CBR na energia normal determinado de acordo com a norma do DNER-254/97 e com a proposta de Marson, L. A., (2004), para as 8 unidades geotécnicas detectadas no mapeamento geotécnico da área peri- urbana de Uberlândia por Andrade (2005).

ƒ Comparar as características de compactação obtidas nos ensaios de compactação na energia normal realizadas nos cilindros de Proctor pequeno, grande e no de Mini- CBR.

ƒ Confrontar os valores da expansão dos solos, obtidos no ensaio CBR com os valores adquiridos no Mini-CBR.

ƒ Estabelecer as correlações entre o CBR e o Mini-CBR de acordo com as diferentes maneiras de obtenção do Mini-CBR (procedimentos de ensaios e cálculos).

Capítulo 1 Introdução (^5)

ƒ Avaliar a aplicabilidade da proposta de determinação do valor do Mini-CBR do ensaio de Marson, L. A., (2004) para os solos de Uberlândia.

ƒ Avaliar o efeito da imersão no valor do Mini-CBR.

ƒ Fornecer subsídios para futuros projetos de pavimentação.

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO

A dissertação apresentada é constituída de 05 (cinco) capítulos organizados da seguinte maneira: Capítulo 1: Faz-se uma breve explanação sobre a criação e a relevância dos ensaios CBR e Mini-CBR utilizados no dimensionamento de pavimentos, além de apresentar os objetivos e a estrutura dessa pesquisa. Capítulo 2: Mostra uma revisão bibliográfica a respeito dos ensaios de CBR, as particularidades dos solos tropicais, a origem da metodologia MCT e seus ensaios, incluso neles o Mini-CBR. Apresenta ainda as alterações propostas por Marson, L. A., (2004) para o ensaio de Mini-CBR, o potencial e limitação do equipamento miniatura e as correlações clássicas entre CBR e Mini-CBR. Traz também uma descrição dos solos de Uberlândia – MG, bem como as características da área de estudo. Capítulo 3: Mostra o programa experimental, descrevendo os materiais e métodos empregados nesse trabalho. Capítulo 4: Expõe os resultados obtidos nos ensaios, principalmente na forma de gráficos, além disso, há uma análise desses dados. Capítulo 5: Apresenta as conclusões do estudo com base nas análises dos resultados encontrados.