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COMPACTAÇÃO MINI-PROCTOR

O procedimento de compactação em escala reduzida, em relação ao Proctor tradicional, visando a obtenção de CPs para aplicação no estudo de solos com aditivos, foi divulgado pelo Engº Carlos de Souza Pinto em 1965. Nogami em 1972 utilizou este procedimento de compactação, por ele designado Mini-Proctor, na obtenção de CPs para determinação do suporte de solos típicos do Estado de São Paulo. Posteriormente o Mini-Proctor foi utilizado, por Nogami e Villibor, para a definição de novos ensaios da Metodologia MCT.

A seguir é apresentado o procedimento do Ensaio de Compactação Mini-Proctor, com exemplo aplicativo e, também, para um maior conhecimento sobre a compactação de solos tropicais, algumas peculiaridades dos mesmos.

OBJETIVO DO ENSAIO Determinar a massa específica aparente seca máxima (MEASmáx) e a umidade ótima (ho) em amostras de solos compactadas (CPs) com diferentes teores de umidade, para as energias de compactação normal, intermediária ou outra escolhida.

Este ensaio também fornece CPs para a determinação das propriedades mecânicas e hídricas de solos, por meio de ensaios da Metodologia MCT.

DEFINIÇÕES E CONVENÇÕES A compactação consiste no processo mais econômico destinado a reduzir o volume de vazios de um solo, com o objetivo de aumentar sua massa específica, com consequente aumento de suas resistência e estabilidade.

No Ensaio de Compactação Mini-Proctor este processo é realizado em amostras de solos naturais e/ou misturas de granulação fina (Ømáx < 2,00 mm), colocadas em um molde cilíndrico padronizado, nas quais é aplicada uma energia de compactação, por meio de golpes, com um soquete de massa e altura de queda padronizadas, obtendo sempre CPs com altura aproximada de 50 mm. A energia de compactação é calculada pela Expressão (1).

𝐄𝐜 =𝐌. 𝐇. 𝐍. 𝐧

𝐕

(1)

Ec: Energia de compactação [kgf.cm/cm³];

M: Massa do soquete [kg];

H: Altura de queda do soquete [cm];

N: Número de camadas, no caso N=1;

n: Número de golpes total;

V: Volume do CP [cm³].

A Tabela 1 mostra as características nas energias de compactação comumente utilizadas para o ensaio Mini-Proctor.

2

O Mini-Proctor corresponde à miniaturização do Proctor Tradicional. Entretanto, os resultados dos parâmetros obtidos (MEASmáx e ho) por ambos os métodos, são praticamente iguais. Difere do Proctor Tradicional pelo volume de solo compactado, altura de queda, número de golpes do soquete e volume do molde cilíndrico (vide Figura 1). Mostra, como característica principal, ser um processo de compactação à seção plena, ou seja, a base do soquete possui a mesma área do corpo de prova. Em relação ao Proctor Tradicional apresenta as seguintes vantagens:

Diminuição considerável da quantidade de amostra usada no ensaio;

Diminuição do esforço na aplicação dos golpes do soquete;

Maior uniformidade dos corpos de prova compactados (CPs).

Apesar da menor representatividade da amostra, devido ao seu menor volume em relação ao Proctor, isto não causa problemas tendo em vista as uniformidades das ocorrências de solos finos, em especial os lateríticos, de maior interesse.

Curva de compactação Mini-Proctor: Para uma determinada energia de compactação esta curva é traçada em gráfico cartesiano, pelos valores dos teores de umidade de compactação (hc), no eixo das abcissas e suas correspondentes massas específicas aparentes secas (MEAS), em ordenadas, ambas na escala linear, calculadas pelas expressões (2) e (3).

A curva é apresentada no formato de duas retas, que se interceptam, no qual a reta anterior ao vértice da intersecção é designada “ramo seco” e a posterior “ramo úmido” (Figura 2).

A curva de compactação define os limites, da MEASmáx e da ho do solo, que permitem orientar e controlar a energia de compactação para a execução de camadas de pavimento e/ou aterros.

𝐡𝐜 =𝐌𝐚 . 𝟏𝟎𝟎

𝐌𝐒

(2) hc: Teor de umidade ou umidade de compactação (%);

Ma: Massa de água contida no solo [g];

Normal (EN) Intermediária (EI) 30 golpes (E30)

Massa do Soquete (M) [g] 2270 4540 2270

Altura de Queda (H) [mm] 305 305 305

Número de Golpes Total (n) 10 12 30

Diâmetro do Molde Cilíndrico (DCP) [mm] 50 50 50

Altura média do CP (ACP) [mm] 50 50 50

Volume do CP (VCP) cm³ 98,17 98,17 98,17

Energia de Compactação (Ec) [kgf.cm/cm³] 7,05 16,93 21,23

EnergiasCaracterísticas

Tabela 1 – Características do Ensaio Mini-Proctor

Figura 1 – Moldes dos ensaios Mini -Proctor e Proctor

3

𝐌𝐄𝐀𝐒 =𝐌𝐬𝐜

𝐕𝐂𝐏

(3) Ms: Massa de solo seco [g];

MEAS: Massa específica aparente seca do solo [g/cm³];

Msc: Massa de solo seco compactado [g];

VCP: Volume do CP [cm³];

Massa específica aparente seca máxima (MEASmáx): É o valor da MEAS obtido na intersecção entre as retas do ramo seco e úmido da curva de compactação, ponto este projetado no eixo das ordenadas. Este valor corresponde, praticamente, ao estado físico do solo no qual ocorre a máxima eliminação de vazios do CP, quando compactado em uma determinada energia.

Umidade ótima (ho): É o teor de umidade obtido na intersecção entre os ramos seco e úmido da curva de compactação, projetado no eixo das abscissas. Para determinada energia de compactação, neste teor de umidade, a água atua como um lubrificante que diminui o atrito entre os grãos do solo, o que faz com que o solo atinja sua máxima massa específica aparente seca.

Coeficiente d’: É a razão da variação da MEAS com a variação da hc, para o ramo seco da curva de compactação, obtida pela expressão (4).

𝐝′ =𝚫𝐌𝐄𝐀𝐒

𝚫𝐡𝐜

(4)

ΔMEAS: Variação da massa específica aparente seca [kg/m³];

Δhc: Variação da umidade de compactação (%).

Curva de saturação (S =100%): Os dados para o traçado da curva são obtidos em laboratório por meio da compactação de CPs, num determinado hc, com golpes sucessivos (energia variável), até que o CP atinja sua constância de altura, ocorrendo exsudação de água na sua face superior.

Esta curva é mostrada na Figura 2, hc versus MEAS, e é o lugar geométrico das máximas massas específicas aparentes secas, para cada teor de umidade. Pode também, ser obtida por meio da Expressão (5) sendo para tanto necessária a obtenção da massa específica seca dos grãos do solo em questão, por meio de ensaios específicos.

𝐌𝐄𝐀𝐒𝐦𝐬 =𝟏

𝟏 Ƴ𝐬⁄ + 𝐡𝐜

(5)

MEASms: Massa específica aparente seca máxima na condição de saturação [g/cm³];

Ƴs: Massa específica seca dos grãos [g/cm³];

hc: Teor de umidade de compactação (%).

Os pontos desta curva correspondem à situação em que o solo apresenta uma máxima densificação, representando um estado em que todos os seus vazios estão preenchidos somente com água, ou seja, com volume de vazios de ar praticamente igual a zero.

O traçado desta curva possibilita:

Verificar a qualidade do ensaio de compactação de um solo, por meio da comparação do traçado de seu ramo úmido que deve ser, praticamente, paralelo ao da curva de saturação;

Obter o valor da MEASms para uma camada de solo compactada no campo, em um teor de umidade hc, que é, praticamente, o máximo possível de se conseguir. A partir desta

4

MEASms, o acréscimo de energia de compactação não trará benefício às propriedades mecânicas e hídricas da camada.

A Figura 2 mostra um exemplo do traçado da curva de compactação, da curva de saturação e os parâmetros obtidos a partir delas.

Figura 2 – Curva de compactação, curva de saturação e parâmetros obtidos

APARELHAGEM A Figura 3 mostra a aparelhagem específica do ensaio Mini-Proctor.

Figura 3 – Croqui do Ensaio de Compactação Mini-Proctor

EXECUÇÃO DO ENSAIO O ensaio utiliza amostras de solos virgens submetidas à secagem prévia ao ar e destorroamento. As etapas da execução do ensaio, passo a passo, estão ilustradas na Figura 4 e descritas a seguir:

5

Figura 4 – Fluxograma da execução do Ensaio de Compactação Mini-Proctor

Preparação da amostra com pré-secagem

Colocar toda a amostra para secar em bandeja até que sua umidade fique próxima da umidade higroscópica (hi). A secagem pode ser feita ao ar ou em estufa com temperatura máxima de 60ºC.

Após secagem, destorroar a amostra total com auxílio do almofariz e mão de gral recoberta de borracha, com peneiramento simultâneo na peneira de malha quadrada e abertura de 2,0 mm (nº10).

Os torrões de solo retidos na peneira devem ser continuamente destorroados até que passem totalmente, conforme ilustrado na Figura 5.

Misturar com o quarteador de amostras o solo destorroado e peneirado, a fim de se obter uma umidade higroscópica hi e uma granulometria homogêneas.

Separação e umedecimento das amostras

Dividir a amostra homogeneizada em seis porções de solo de aproximadamente 500 g cada (Figura 6). Acondicioná-las em sacos plásticos para se evitar perda ou ganho de umidade.

Em uma das porções, adicionar uma quantidade de água Vi em cm³ (Tabela 2), de forma que não fique excessivamente seca (primeiro ponto da curva de compactação). Homogeneizar a mistura “água + solo”, passando na peneira de abertura 4,76 mm (nº4), para minimizar os grumos, a fim de uniformizar seu de teor de umidade. Acondicioná-las em saco plástico vedado, de

Figura 6 – Divisão da amostra em cinco porções

Figura 5 – Preparação da amostra com pré-secagem

6

maneira que a umidade dosada não seja perdida, conforme processo apresentado na Figura 7.

Para as demais amostras adicionar volumes de água crescentes iguais a Vi + V, Vi + 2V, Vi + 3V, Vi + 4V ml, de forma que, pelo menos duas delas estejam abaixo e duas acima da ho. Umedecer a

sexta porção com a mesma quantidade de água utilizada para a primeira (≈ Vi).

Sugere-se adotar inicialmente, como primeira tentativa, os valores apresentados na Tabela 2, em função da porcentagem que passa na peneira 0,074 mm (nº200).

Tabela 2 – Valores de Vi e V de acordo com a energia e tipo do solo

Após 12 horas, pegar cada um dos sacos plásticos contendo as porções de solo pré-umedecidas (Figura 8) e segurar, com uma das mãos, a borda superior franzida do saco plástico, com uma pressão suficiente para que não haja perda de solo e umidade. Sacudir o saco plástico várias vezes, para que a água, condensada e depositada nas paredes do saco, seja novamente incorporada à porção de solo. Em seguida, determinar o teor de umidade de cada porção conforme descrito abaixo.

Determinação dos teores de umidade de compactação (hc)

Pesar separadamente 10 cápsulas, limpas e secas, com suas respectivas tampas (Mt). Coletar uma fração da porção homogeneizada, acondicioná-la em duas cápsulas com tampa fechando-as, imediatamente, para que não ocorra evaporação da umidade. Pesar o conjunto (massa do solo úmido + tara da cápsula: Mh + Mt) conforme ilustrado na Figura 9.

Remover a tampa da cápsula e posicioná-la em baixo da mesma. Transferir o conjunto para uma estufa com temperatura em torno de 105 ± 1°C, por no mínimo 12 horas, ou até constância de peso.

Após a secagem, pesar o conjunto (solo + cápsula + tampa: Ms + Mt). A partir destes dados, calcular o hc de cada porção utilizando as Expressões (6), (7) e (2).

Energia Normal (EN) Energia Intermediária (EI)

50 40

60 50

80 70

Entre 40 e 60

Maior que 60

7

10

13

% que passa na peneira

0,074 mm

Valores de Vi [cm³]

(EN e EI)

Valores de V [cm³]

Menor que 40

Figura 7 – Umedecimento e armazenamento da porção

Figura 9 – Retirada de uma fração do solo para

determinação do seu teor de umidade

Figura 8 – Porções umedecidas e acondicionadas em

sacos plásticos

7

𝐌𝐚 = (𝐌𝐡 + 𝐌𝐭)– (𝐌𝐬 + 𝐌𝐭) (6) Ma: Massa de água [g];

Mh: Massa de solo úmido [g];

Mt: Tara da cápsula [g];

Ms: Massa de solo seco [g];

hc: Umidade de compactação (%).

𝐌𝐬 = (𝐌𝐬 + 𝐌𝐭) – (𝐌𝐭) (7)

𝐡𝐜 =𝐌𝐚. 𝟏𝟎𝟎

𝐌𝐬

(2)

Aferição do aparelho de compactação

Posicionar o suporte espaçador bipartido, em torno do pistão inferior do conjunto compactador. Sobre o espaçador, assentar o molde cilíndrico e colocar, dentro dele, o CP cilíndrico maciço padrão, os dois discos de polietileno e, por último, o soquete compactador, atarraxando sua haste. Posicionar o extensômetro sobre o topo da haste do soquete compactador e realizar a leitura do extensômetro, conforme Figura 10.

Calcular a constante de aferição (Ka) do conjunto compactador-soquete e anotar seu valor na folha de ensaio. O cálculo de Ka é realizado pela Expressão (8).

𝐊𝐚 = 𝐀𝐜 ± 𝐋𝐞

(8) Ac: Altura do cilindro padrão, com precisão de 0,01 mm;

Le: Leitura do extensômetro para aferição, com precisão de 0,01 mm;

O sinal positivo da fórmula é utilizado quando o extensômetro for colocado de cabeça para baixo.

Compactação

Antes de iniciar o processo de compactação, as paredes internas dos moldes cilíndricos devem estar isentas de qualquer tipo de sujeira para serem então, lustradas com vaselina.

Posicionar o molde cilíndrico sobre o suporte espaçador bipartido, colocando dentro dele um dos discos de polietileno e um dos anéis de vedação.

Pesar com precisão de 0,01 g, 190 g de solo de uma das porções. Com auxílio de um funil, transferir o solo para o molde cilíndrico. Com o assentador, pressionar levemente o solo de modo que sua superfície superior fique plana, para posteriormente colocar o segundo anel de vedação e o outro disco de polietileno (Figura 11).

Colocar o soquete compactador sobre o solo e dar um golpe. Em seguida, retirar os suportes espaçadores e complementar o restante dos golpes, de acordo com a energia de compactação que estiver sendo utilizada.

Inverter o molde cilíndrico e aplicar, na outra face do CP, o mesmo número de golpes.

Figura 10 – Aferição do aparelho de compactação.

8

Determinação da altura do CP

A altura do CP (ACP) é obtida mediante a leitura do extensômetro (Le) quando concluída a compactação. Esta deve ter 50,00 ± 1 mm de altura, calculada pela Expressão (9).

𝐀𝐂𝐏 = 𝐊𝐚 − 𝐋𝐞

(9)

ACP: Altura final do CP [mm];

Ka: Constante de aferição;

Le: Leitura do extensômetro [mm].

Quando o valor de ACP resultar fora do intervalo aceitável, o CP deve ser descartado. Para a mesma porção, proceder à correção da massa de solo (Mc), pesagem e compactação, quantas vezes for necessário, até atingir a ACP preconizada. Calcular a Mc por uma simples proporção (regra de três), de acordo com a Expressão (10).

Mi-----------ACP

Mc-----------50

∴

Mc = Mi.50

ACP

(10)

Mc: Massa de solo úmido corrigido [g];

Mi: Massa inicial compactada [g];

ACP: Altura do CP [mm].

Concluída a medição da altura, retirar o soquete, os discos de polietileno e os anéis de vedação (Figura 12).

Com auxílio da alavanca extratora, acoplada ao conjunto do equipamento de compactação, deslocar o CP compactado para uma das extremidades do molde, faceando-o.

Reservar a sexta porção de solo e repetir o processo para as quatro porções restantes, com teores de umidade diferentes.

Calcular a Msc com precisão de 0,01 g/cm³ e a MEAS com precisão de 0,001 g/cm³ para todos os CPs, nas diferentes umidades, segundo as expressões (11) e (3).

Figura 11– Início do processo de compactação

Figura 12 – Faceamento do CP com alavanca extratora e retirada do anel e disco de polietileno

9

𝐌𝐬𝐜 =𝐌𝐡𝐜

𝟏 +𝐡𝐜

𝟏𝟎𝟎

(11)

Msc: Massa de solo seco compactado [g];

Mhc: Massa de solo úmido compactado [g];

hc: Teor de umidade de compactação (%).

Com os pares de MEAS e ho, plotar a curva de compactação. Se for necessário complementar a curva no ramo seco ou úmido, utilizar a sexta porção de solo na umidade adequada.

O Ensaio de Compactação Mini-Proctor foi padronizado pelo DER-SP como o método de ensaio DER-SP M-191/88: “Ensaio de compactação em solos com equipamento miniatura”.

EXEMPLO DE APLICAÇÃO Com uma amostra de solo a ser utilizada como camada de reforço de pavimento, foi realizado um ensaio de compactação Mini-Proctor na energia intermediária. Na Tabela 5 estão apresentados os dados do ensaio e os resultados dos cálculos realizados para obtenção da curva de compactação para determinação da MEASmáx e da ho.

Para exemplificar a obtenção dos dados da Tabela 5, apresenta-se o cálculo para o CP1. Cálculo que deverá ser realizado para os demais CPs.

Determinação da Umidade de Compactação (hc)

Para a realização do ensaio tomaram-se cinco porções de 500g de um solo arenoso, previamente secas, destorroadas, peneiradas e quarteadas. Estas porções foram, então, umedecidas com adição de água de aproximadamente 37, 54, 73, 80 e 90 ml, respectivamente.

Para a determinação do teor de umidade foram colhidas quantidades de solo umedecido de cada uma das porções, para encher duas cápsulas. Na Tabela 3 estão apresentados os dados obtidos das frações acondicionadas nas cápsulas nº 49 e nº 69, da porção umedecida com 37 ml de água, e após a secagem das mesmas em estufa.

Tabela 3 – Dados para a porção umedecida com 37 ml de água

A massa e o teor de umidade das frações de solos das referidas cápsulas, foram calculados com as expressões abaixo e os dados da Tabela 3, obtendo-se para a cápsula nº49:

49 69

97,42 89,78

90,58 84,36

17,59 25,86

Cápsula nº

Massa solo úmido + cápsula [g]: Mh + Mt

Massa solo seco + cápsula [g]: Ms + Mt

Tara da cápsula [g]: Mt

Expressão (6): Ma= 97,42 - 90,58 = 6,84 g

Expressão (7): Ms= 90,58 - 17,59 = 72,99 g

Expressão (2): hc49= 9,37%

10

Da mesma forma foi calculado o teor de umidade para o solo recolhido na cápsula nº 69, obtendo-se

a hc̅ da amostra a ser compactada (Tabela 4).

Os teores de umidade das demais amostras foram determinados de maneira análoga, e estão apresentados na Tabela 5.

Determinação da altura do CP (ACP)

Durante o ensaio foi necessário verificar a altura final do CP de forma a garantir que a mesma estivesse entre 49 e 51 mm.

1ª Tentativa:

Compactou-se inicialmente 180,00 g da amostra com hc̅ = 9,31 %. Após a compactação, a leitura efetuada no extensômetro (Le) foi de 20,17 mm. Sendo a constante de aferição do equipamento (Ka) igual a 68,58 mm (Tabela 5), a altura final do CP resultou:

Estando ACP fora do intervalo desejado, este CP foi descartado.

2ª Tentativa

Com o solo proveniente da mesma amostra (hc̅ = 9,31 %) foi compactado um novo CP, com a massa corrigida por simples proporção, a fim de obter a ACP dentro do intervalo desejado.

Após a compactação verificou-se novamente a altura do CP, sendo Le = 18,75 mm (Tabela 5):

Expressão (9): ACP = 68,58 - 18,75 = 49,83 mm (ok)

Sendo o diâmetro do CP (DCP) igual a 50 mm = 5 cm, determinou-se o volume do CP:

VCP = π.(DCP)². ACP

4 =

3,14 . 52. 4,983

4 = 97,79 cm3

Determinação da Massa Específica Aparente Seca (MEAS)

O CP compactado foi pesado, juntamente com seu molde cilíndrico, obtendo-se a 1189,40 g (Tabela 5). Considerando a tara do molde (Mtm) encontrada igual a 1003,50 g (Tabela 5), resulta a massa do solo úmido compactado:

Mhc = 1189,40 - 1003,50 = 185,90 g

Sendo a umidade do solo compactado igual a 9,31 % (hc), calculou-se a massa de solo compactado

seco (Msc):

Expressão (9): ACP = 68,58 - 20,17 = 48,41 mm

Expressão (10): Mc = 180 . 50

48,41 = 185,91 g

Tabela 4 – hc da porção umedecida com 37 ml de água.

9,37% 9,26% 9,31%

hc49 hc69 hc̅

11

Expressão (11): Msc =

185,90

1+ 9,31100

= 170,07g

A partir dos valores de Msc = 170,07 g e VCP = 97,79 cm³ calculou-se a MEAS:

Expressão (3): MEAS = 170,07

97,79 = 1,739 g/cm³

Para as demais amostras a MEAS foi obtida similarmente ao cálculo apresentado acima, sendo os resultados apresentados na Tabela 5.

Tabela 5 – Dados do ensaio de Compactação Mini-Proctor

Intermediária

Massa do solo úmido [g]: Mh

Leitura do extensômetro [mm]: Le

Altura do CP [mm]: ACP

Massa do solo úmido [g]: Mh2 (ou Mc)

Lei tura do extensômetro [mm]: Le

Altura do CP [mm]: ACP

Massa do solo úmido [g]: Mh3 (ou Mc)

Lei tura do extensômetro [mm]: Le

Altura do CP [mm]: ACP

49 69 22 67 11 105 52 56 25 21

97,42 89,78 97,88 94,88 85,67 81,83 89,34 92,92 80,82 80,38

90,58 84,36 89,77 86,89 76,98 73,87 79,58 82,7 70,44 69,7

17,59 25,86 25,9 25,86 25,62 25,94 26,06 25,8 18,25 16,78

6,84 5,42 8,11 7,99 8,69 7,96 9,76 10,22 10,38 10,68

72,99 58,50 63,87 61,03 51,36 47,93 53,52 52,19 52,19 52,92

9,37 9,26 12,70 13,09 16,92 16,61 18,24 19,58 19,89 20,18

Massa solo seco compactado[g]: Msc 170,07 179,19 176,85 174,67

Um

idad

e

Massa solo úmido + Cápsula [g]: Mh + Mt

Massa solo seco + cápsula [g]: Ms + Mt

Tara da cápsula [g]: Mt

Massa de água [g]: Ma

Massa solo seco (g): Ms

Umidade (%): hc

Umidade média (%):

166,62

Massa específica apte. seca [g /cm3]: MEAS 1,739 1,839 1,814 1,749 1,697

9,31 12,89 16,76 18,91

99,89 98,20

Massa solo úmido compactado [g]: Mhc 185,90 202,30 206,50 207,70

20,04

200,00

Tara do molde [g]: Mtm 1003,50 999,40 996,80 988,90 1022,70

Massa solo compactado + molde [g]: Mhc + Mtm 1189,40 1201,70 1203,30 1196,60 1222,70

49,83

49,67

Ka = Ac ± Le = 50 + 18,58 = 68,58 mm

45 47

1º

180,00 208,00 187,00 208,00 210,00

50,55

3º

185,91

207,00

202,00

19,92 20,10

49,66 48,48

18,75

203,00 201,00

2º

Com

pact

ação

Ten

tati

vas

Ci l indro nº 51 38 39

20,17 17,23 22,00

18,91

Volume do CP [cm3]: VCP 97,79 97,46 97,48

Cápsula nº

ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM EQUIPAMENTO MINIATURA - MINI-PROCTOR

ESTRADA: BR-040 TRECHO: Rio- Juiz de Fora OPERADOR: João AMOSTRA: 88/12 DATA: 24 /01 /2006

Seção: 19,63 cm² ALTURA DO CP: ACP = Ka - Le

ENERGIA: Normal MOLDES: Diâmetro: 50 mm AFERIÇÃO:

CP nº CP1 CP2 CP3 CP4 CP5

18,03

48,41 51,35 46,58 50,90 52,03

17,68 16,55

h c̅

12

Traçado da curva de compactação

Com os pares hc e MEAS, obtidos para cada um dos CPs ensaiados com diferentes umidades, plotou-se os pontos em um gráfico cartesiano, e a seguir, traçou-se a curva que melhor se ajustava, conforme mostrado na Figura 13.

A MEASmáx e ho são obtidas através da intersecção das retas dos ramos seco e úmido, projetando-os nos eixos das ordenadas e abscissas, respectivamente, resultando em MEASmáx = 1,900 g/cm³ e ho = 15,0%.

Serão analisadas por meio dos valores de compactação MEASmáx e ho, além do coeficiente d’.

Os parâmetros de MEASmáx e ho servem para o controle e recebimento de camadas compactadas. Quando um solo é indicado para camadas de pavimento, suas propriedades mecânicas e hídricas de projeto são obtidas nos parâmetros referidos e em uma energia de compactação recomendada. Portanto, na execução da camada quando se obtém hc e MEAS próximos a esses parâmetros, tem-se como premissa que estas propriedades estão associadas, empiricamente, ao comportamento adequado da camada em serviço.

Estes parâmetros, obtidos em laboratório, servem como diretrizes iniciais para a execução de um segmento experimental que possibilitará ajustar e definir seus valores limites, que serão utilizados para o controle da compactação em campo, do restante do trecho com este material.

COMPACTAÇÃO EM LABORATÓRIO

Para análise das peculiaridades serão utilizados os resultados de ensaios Mini-Proctor, obtidos em amostras de solos compostos produzidas em laboratório, e em amostras de solos naturais, a saber:

Variação de: MEASmáx, ho e d’, em função do silte e argila nas amostras de Misturas L e N

Villibor (1981) realizou uma pesquisa a fim de investigar a variação da MEASmáx e da ho em solos de um mesmo grupo TRB (Transportation Research Board), porém de diferentes classes, segundo a MCT. Para a sua realização, foram utilizadas amostras de solos compostos produzidas em laboratório, provenientes de um solo laterítico (Misturas L) e de outro não laterítico (Misturas N). Na composição de cada amostra, usaram-se frações obtidas por peneiramento a seco (areia) e com água (silte e argila) para que as mesma viessem a ter características próximas à aquelas de um solo natural.

As amostras foram submetidas aos ensaios de granulometria, classificação TRB e compactação Mini-Proctor. Na Figura 14 estão apresentados os resultados em função da porcentagem que passa na peneira 0,075 mm. Para detalhes da pesquisa, consultar Villibor e Nogami (2009).

PECULIARIDADES DE SOLOS TROPICAIS COMPACTADOS

Figura 13 – Gráfico da MEAS em função de hc

13

Figura 14 – Gráfico Resumo dos “Solos Compostos” (Misturas L e Misturas N) em função da % que passa na # 0,075 mm. Propriedades obtidas na ho da EN do Mini-Proctor.

Fonte: Vilibor e Nogami (2009)

Analisando as curvas obtidas na pesquisa apresentada, observa-se:

Para os dois tipos de mistura, um acréscimo na fração de finos, gera um aumento na ho. Na Mistura L o crescimento da ho é mais acentuado, devido à alta capacidade de absorção de água da argila laterítica;

Independentemente dos tipos de mistura (L ou N), à medida que ho aumenta, para valores da fração areia (<70% nas misturas), há um decréscimo na MEASmáx. Este fenômeno é explicado pela maior dificuldade dos grãos de argila em se rearranjar em relação aos de areia, devido à forma de seus grãos.

As Misturas L, com elevada fração silte e argila (> 30%), apresentam elevados valores de d’, atribuídos à ocorrência peculiar de aglomerados, em sua microestrutura, resultantes do processo de laterização. Já nos solos saprolíticos siltosos, o baixo valor de d’ pode estar relacionado à microestrutura da fração silte desses solos.

Para as misturas L dos grupos A-4 ou A-6 verificam-se valores de d’ > 80, enquanto, para os mesmos grupos, as Misturas N apresentam d’<10. Uma das peculiaridades dos solos lateríticos é a sua grande sensibilidade ao aumento da MEAS causado por pequenas variações da umidade, em seu ramo seco, o que não ocorre com os não lateríticos. Pelos dados apresentados verifica-se que misturas de um mesmo grupo da TRB, podem apresentar valores de d’ totalmente diferentes, não permitindo estimar esta importante peculiaridade dos solos tropicais.

Cabe ressaltar que estas peculiaridades são, também, confirmadas por dados obtidos no campo, para solos naturais.

Variação de: MEASmáx, ho e d’ em função da energia de compactação em solos LA’ e LG’

Villibor (1981) analisou a influência da energia de compactação nas MEASmáx, ho e d’ destes solos. Na Figura 15 estão apresentados os resultados das curvas obtidas para um solo de comportamento laterítico (L), compactado nas energias normal e intermediária em diferentes teores de umidade.

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Figura 15 – Curvas de compactação Mini-Proctor nas energias EN e EI

Fonte: Villibor e Nogami (2009)

Analisando as curvas de compactação da Figura 15, conclui-se:

O aumento de energia de EN para EI causa, para ambos os solos, um aumento da MEASmáx e diminuição da ho. Os valores da MEASmáx no LA’ é maior comparado ao LG’, enquanto que os valores da ho do LA’ < LG’. Nota-se, também, que no ramo seco (hc < ho), há um maior ganho do MEAS do solo LG’, em comparação ao do LA’;

Para EN e EI, o coeficiente d’ apresenta valores elevados (d’> 50), mostrando grande sensibilidade ao aumento da MEAS, com pequena variação do teor de umidade no ramo seco, características dos solos lateríticos, utilizadas para sua identificação;

No ramo seco (hc < ho), o aumento da energia na compactação eleva substancialmente os valores da MEAS (≈10%), com consequente aumento da sua estabilidade. O mesmo comportamento não ocorre no ramo úmido (hc > ho), onde a variação é bastante baixa (≈1%), devido à dificuldade em expelir o ar dos vazios do solo. Inclusive, este maior esforço poderá causar defeitos na camada compactada, como o fenômeno de “borrachudo”.

Variação de MEAS e ho em solos naturais utilizados em bases de pavimento

Foram determinados, em laboratório, os valores médios da MEASmáx e da ho em amostras de solos arenosos finos lateríticos (SAFL). As mesmas foram obtidas de jazidas utilizadas em bases de pavimentos de 36 trechos (9 amostras de cada) no Estado de São Paulo. Os resultados acham-se na Figura 16.

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Figura 16 – Valores médios das ho e MEASmáx obtidos com solos das jazidas dos 36 trechos

Fonte: Villibor e Nogami (2009)

Pela Figura 16 pode-se inferir:

Para os solos estudados, representativos dos trechos, existe uma correlação entre a MEASmáx e a ho, com um coeficiente de correlação entre ambas, no valor (R²) aceitável, conforme a expressão proposta pelos autores referidos:

MEASmáx = (2,448 – 0,03 ho) com R² = 0,842

Praticamente 90% dos solos apresentaram ho entre 9,2 e 13,2% e MEASmáx de 1,950 a 2,100 g/cm³.

COMPACTAÇÃO NO CAMPO

Considerações sobre MEAS e hc

No controle tecnológico de camadas compactadas para base de SAFL, executados na malha de rodovias vicinais do Estado de São Paulo, foram obtidas determinações, na espessura total da camada, do hc e MEAS na energia intermediária. Os resultados geraram os histogramas indicados nas Figuras 16 e 17.

Curva de frequência da MEAS no campo

A curva da Figura 17 mostra que:

A maioria das bases dos pavimentos de SAFL, especialmente para as ocorrências de solo do grupo LA’, geralmente apresenta, no campo, valores da MEAS > 1,900 g/cm³. Pelo histograma verifica-se que 60% das amostras obtidas no campo atendem o valor referido;

Figura 17 – Curva de frequência da MEAS em bases

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Este valor também é o mínimo constatado nas jazidas estudadas em laboratório, indicadas na Figura 16, o que mostra a compatibilidade dos resultados obtidos em laboratório e em campo para o parâmetro MEAS;

A ocorrência de bases com MEAS < 1,900 g/cm³ abrangem 40% das mesmas, com um mínimo de 1,650 g/cm³. Estas bases geralmente são as constituídas de ocorrências argilosas, do grupo LG’ ou daquelas entre LA’ e LG’;

Todos os trechos, independente dos valores da MEAS, tiveram um comportamento adequado. Todavia, foram os de maior MEAS que apresentaram as melhores características mecânicas e hídricas.

Curva de frequência de hc no campo

A curva da Figura 18 mostra que:

As bases dos pavimentos de SAFL apresentaram, no campo, valores de hc entre 4 e 16 %;

Ensaios no campo mostraram que, aproximadamente 45% das vicinais do Estado de São Paulo, foram compactadas com 9 < hc < 14%, mesmo intervalo da hc dos 36 trechos da Figura 16. Portanto, aproximadamente 55% das vicinais foram compactadas com hc inferiores a 9%, por serem mais arenosas.

Considerações sobre a compactação da camada

Para o controle da compactação no campo, é considerado um desvio do hc em relação à ho (por exemplo, ho ± 1% ou ho ± 2%) e um grau mínimo de compactação, relação entre as MEAS à atingir no campo e as MEASmáx obtidas em laboratório (por exemplo, grau de compactação de no mínimo 95%). Esta prática decorre do fato de que o solo da camada, durante sua compactação fica sujeito a uma diminuição de seu teor de umidade inicial, devido à ocorrência de sol e/ou vento. Do mesmo modo o grau mínimo de compactação exigido tem, por objetivo, garantir que as propriedades da camada estejam próximas às especificadas no projeto. Caso a compactação da camada seja inadequada, por excesso ou deficiência, tem-se:

Lamelas e/ou trincamento construtivo: Podem ocorrer quando a energia aplicada pelos equipamentos gera, na camada, um grau de compactação superior ao preconizado o que danifica sua estrutura (Figura 19);

Deformação excessiva: Caso o grau de compactação seja deficiente (inferior ao recomendado), podem ocorrer deformações na camada, tais como consolidações e/ou ruptura, quando

Figura 19 – Fissuramento da parte superior da base. Compactação excessiva com rolo

vibratório.

Figura 18 – Curva de frequência do hc em bases

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submetida ao tráfego;

Ocorrência de “borrachudo”: Aparece quando a umidade do solo é muita alta (hc >> ho) e a energia de compactação, aplicada pelos equipamentos for excessiva, tornando a camada instável. Sua correção durante a execução é simples e realizada, gradeando e deixando a camada perder umidade para, após, compactá-la adequadamente.

Referências para consulta:

DER/SP M-191/88: Ensaio de Compactação de Solos com Equipamento Miniatura.

Nogami, J. e Villibor, D.F. (1995). Pavimentação de baixo custo com solos lateríticos. São Paulo: Villibor.

Villibor, D.F; Nogami, J. (2009). Pavimentos econômicos – tecnologia do uso dos solos finos lateríticos. São Paulo: Editora Arte & Ciência.

PINTO, C. S. . Curso Básico de Mecânica dos Solos - Exercícios Resolvidos. São Paulo: Oficina de Textos, 2001. v. 1. 112 p.