Part II: Analysis of Russian Financial Behaviour
8. Discourses and Explanation
4.1 – INTRODUÇÃO
Neste capítulo será apresentada uma revisão bibliográfica sobre as principais teorias e os ensaios de compactação utilizados em laboratórios, dando ênfase ao método de ensaio por impacto que é o aplicado pelo DER- MG.
4.2 – CONCEITO DE COMPACTAÇÃO
Compactação é a densificação do solo por meio de equipamento mecânico, geralmente rolo compactador, soquetes, sapos, etc. (Pinto, 2006), acarretando a redução do volume de vazios, aumento da resistência, diminuição da permeabilidade e da variação volumétrica por umedecimento e secagem.
Em 1993, o engenheiro Ralph Proctor estabeleceu os parâmetros que influem definitivamente na relação índice de vazios, ou seja, o aumento da massa especifica. De acordo com Pinto (2006), para Proctor, a densidade com que um solo é compactado, sob uma determinada energia de compactação, depende da umidade do solo no momento da compactação. Ainda conforme Pinto (2006), Proctor verificou que para umidades mais elevadas, a água provoca um determinado efeito de lubrificação entre as partículas, que deslizam entre si, acomodando-se em um arranjo mais compacto. Porém quando se compacta com baixa umidade, o atrito entre as partículas é muito alto e não se consegue uma significativa redução de vazios.
Há, portanto, para uma dada energia, uma densidade máxima que é obtida para um determinado teor de umidade denominado ótimo, onde se configura uma relação ideal entre ar, água e solo no processo de compactação (Souza Junior, 2005).
Além de Proctor, outros pesquisadores apresentaram teorias, em função da capilaridade, lubrificação, viscosidade da água, interação físico-química e tensões efetivas que buscam explicar o comportamento da curva de compactação.
4.3 – CURVA DE COMPACTAÇÃO
Ao realizar-se a compactação de um solo sob diferentes umidades, e para uma determinada energia de compactação, obtém-se uma curva de variação do peso específico aparente seco (γd) em função do teor de umidade (w) (Figura 4.1).
Figura 4.1 – Curva de Compactação Fonte: Trindade et al, 2008 - UFV
Os princípios gerais que regem a compactação, de acordo com Manual de Pavimentação do DNIT (2006) são os seguintes:
a) a massa específica aparente seca (γs) de um solo, obtido após a compactação,
depende da natureza do solo, de sua granulometria e da massa específica dos grãos (γg);
b) para um dado solo e para uma determinada energia de compactação, variando-se o teor de umidade do solo, pode-se traçar uma curva de compactação: há um teor de umidade denominado ótima (hot), ao qual corresponde uma massa específica aparente
seca máxima (γs max);
c) para um dado solo quanto maior for a energia de compactação, tanto maior será o γs
e tanto menor seráhot;
d)para um dado solo e para um determinado teor de umidade h, quanto maior for a energia de compactação, tanto maior será o γs obtido;
e) há uma chamada linha dos ótimos, que é o lugar geométrico dos vértices das curvas obtidas com diferentes energias de compactação; a linha de ótimos separa os chamados ramos secos e ramos úmidos das curvas de compactação;
f) para um dado solo, a massa específica aparente seca máxima varia linearmente com o logaritmo da energia de compactação;
4.4 – INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO NA ESTRUTURA DOS SOLOS
De acordo com Pinto (2006), os solos compactados com umidades abaixo da ótima adquirem um arranjo de grãos semelhantes aos das estruturas floculadas. Existem forças atrativas entre as partículas que as ligam entre si, cantos ou arestas contra faces, formando flocos que são indestrutíveis pelas forças comumente utilizadas na compactação. Contudo, o aumento no teor de umidade desfaz essas forças atrativas e os grãos começam a atuar como partículas dispersas em água (carregadas negativamente), tendendo a se dispersarem. Quanto maior o teor de água no solo, maior a dispersão. Assim, de acordo com esse autor, os solos compactados teriam, no ramo seco, uma estrutura floculada, tanto mais pronunciada quanto menor fosse a energia de compactação. No ramo úmido, a estrutura seria tanto mais dispersa quanto maior fosse a energia de compactação.
Conforme descreve Pinto (2006), as curvas tensão-deformação de corpos de prova, moldados com umidades abaixo da ótima, são semelhantes, qualquer que seja o método
de compactação e é sempre uma estrutura floculada. Por outro lado, para os corpos de prova compactados acima da umidade ótima, estarão como que envoltos em água. Se antes da compactação eles estiverem sem orientação privilegiada, uma compactação estática manterá essa falta de orientação, levando a uma estrutura desorganizada próxima à floculada. No entanto, um pisoteamento ou impacto sobre as partículas tenderá a orientá-las no sentido de se aproximarem de uma estrutura dispersa.
Em termos de resistência, observa-se um comportamento distinto de um solo compactado do lado seco e do lado úmido, sendo que, o solo compactado do lado seco, apresenta uma maior resistência ao corte no fim da compactação.
Silva et al (1986), estudando os efeitos da compactação nas propriedades do solo, observou que com o aumento do nível de compactação houve um aumento dos poros com diâmetro menor que 0,05mm à custa da diminuição dos poros com diâmetro maior que 0,05mm, logo, o autor relata a destruição do macroporos para formação de novos microporos, com diminuição da porosidade total do solo.
4.5 – ENERGIA DE COMPACTAÇÃO
Tomando uma massa de solo úmido Ph
,
com um dado volume inicial num cilindro eaplicando-lhe um número n de golpes através da queda de altura H, de um soquete de peso P, resulta, após a compactação, um volume V, chama-se energia de compactação ao trabalho executado, referido a unidade de volume de solo após a compactação (DNIT, 2006). A energia Ec é dada pela Expressão 4.1.
(Expressão 4.1) Ec= nxPxH x N V Onde: n = número de golpes; P = peso do soquete; H = altura de queda;
V = volume do solo compactado; N = número de camadas
Quanto às unidades mais usuais para energia de compactação, no Brasil, utiliza-se o Kgf xcm/cm3 (DNER, 1996), sendo comum também o emprego das seguintes unidades: Kj/m3, MN/m2 e MNm/m3 e pés.lbs/pés3.
De acordo com Pinto (2006), a energia aplicada no ensaio de compactação, influencia diretamente a massa específica seca máxima e a umidade ótima a serem determinadas. Quando o solo é compactado com teores de umidade abaixo do teor ótimo, a aplicação de uma maior energia implica em aumento da massa específica seca do solo. Quando a umidade está acima da umidade ótima, esse aumento pouco influencia no acréscimo de massa, em conseqüência da expulsão do ar dos vazios. Para Pinto (2006), o aumento do esforço de compactação conduz a uma massa específica seca máxima maior e a uma umidade ótima menor, proporcionando um deslocamento da curva de compactação para esquerda e para o alto (Figura 4.2).
Figura 4.2 – Curvas de umidade x densidade para energias de compactação diferentes Fonte: Senço, 1997
4.6 – MÉTODOS DE COMPACTAÇÃO
De acordo com Essigmann Jr. et al (1978), citado por Souza Junior (2005), os resultados de um processo de compactação dependem de fatores como a natureza do solo, o método de compactação a ser utilizado, a energia e o teor de umidade.
Neste trabalho será apresentado o Método de Compactação por Impacto, uma vez que este é o método adotado pelo DER-MG.
O ensaio de compactação por impacto surgiu a partir dos trabalhos de Proctor e ficou conhecido como Ensaio de Proctor.
De acordo com Souza Junior (2005), o ensaio AASHTO Normal, sempre faz uso do soquete pequeno, com o qual o solo é compactado em 3 camadas iguais, utilizando–se dois tipos de cilindro: o cilindro Califórnia e o cilindro Proctor. No cilindro Proctor, aplicam-se 25 golpes em cada camada, e no cilindro Califórnia, 56 golpes. Ainda conforme Souza Junior a AASHTO estabelece 4 métodos para realização desse ensaio:
a) Ensaio A: utiliza cilindro Proctor e material passando na peneira nº 4; b) Ensaio B: utiliza cilindro Califórnia e material passando na peneira nº 4; c) Ensaio C: utiliza cilindro Proctor e material passando na peneira ¾; d) Ensaio D: utiliza cilindro Califórnia e material passando na peneira ¾.
Já o Ensaio AASHTO Modificado, conforme Souza Junior (2005), sempre usa o soquete grande, podendo-se utilizar também o cilindro Proctor ou Califórnia. Esse ensaio é sempre executado compactando-se o solo em 5 camadas iguais. No cilindro Proctor, aplicam-se 25 golpes em cada camada e no Califórnia, 56 golpes. Os métodos estabelecidos para realização desse ensaio são os mesmos utilizados no ensaio normal.
Tabela 4.1 – Características dos Cilindros e Soquetes Utilizados nos Ensaios de Compactação AASHTO
Ensaios da AASHTO
--- Nº de Camadas Soquete Nº de Golpes
Cilindro Proctor 25
Normal 3 camadas Pequeno
Cilindro California 56 Cilindro Proctor 25
Modificado 5 camadas Grande
Cilindro Califórnia 56
Características dos cilindros e soquetes (AASHTO)
Cilidros Califórnia Proctor
Diâmetro interno (cm) 15,24 10,16
Altura útil (cm) 11,64 11,64
Volume (cm³) 2.139,00 944
Soquetes Grande Pequeno
Peso (kg) 4,536 2,495
Altura de quedas (cm) 45,72 30,48
Fonte: Souza, 1976
O Ensaio ASSHTO Normal foi padronizado no Brasil pela ABNT (NBR 1782/86), utiliza um cilindro metálico de volume igual a 1000 cm3, no qual uma amostra de solo é compactada em três camadas, sob a ação de 25 golpes, com um soquete pesando 2,5 kg, caindo de uma altura de 30 cm de altura (DNIT, 2006).
A Figura 4.3 mostra o equipamento de compactação. As espessuras finais das camadas compactadas devem ser aproximadamente iguais e a energia de compactação deverá ser uniformemente distribuída de forma a resultar um plano superior quase horizontal.
Figura 4.3 – Equipamento de Compactação Fonte: Trindade et al , 2008 - UFV
Como citado por Pinto (2006), a amostra de solo deve ser previamente seca ao ar e destorroada. Inicia-se o ensaio, acrescentando-se água até que o solo fique com cerca de 5% de umidade abaixo da umidade ótima. Após uniformizar bem a umidade, coloca-se uma porção de solo no cilindro padrão para que seja submetida aos golpes do soquete. A porção do solo compactada deve ocupar cerca de um terço da altura do cilindro.
O ensaio é repetido para diferentes teores de umidade, determinando-se, para cada um deles, a massa específica aparente seca. A partir dos pares de valores obtidos (massa específica aparente seca – teor de umidade), traça-se a curva. Os pontos devem estar distribuídos de forma que dois deles se encontrem no ramo seco, um próximo à umidade ótima e outros dois no ramo úmido (Figura 4.4).
Figura 4.4 – Curva de Compactação obtida em ensaio Fonte: Pinto, 2006
Com os valores da massa específica do solo e o teor de umidade, pode-se calcular a massa especifica aparente seca mediante a fórmula de correlação (Expressão 4.2):
(Expressão 4.2) γs = γ
4.7 – INFLUÊNCIA DAS CARACTERÍSTICAS DO SOLO EM SEU COMPORTAMENTO, APÓS O ESFORÇO DE COMPACTAÇÃO.
O comportamento de um solo, após receber o esforço de compactação, está diretamente relacionado à natureza do solo. De acordo com Godoy et al (1996), os solos lateríticos, quando compactados, podem adquirir boa resistência e baixa permeabilidade, sem perda significativa de capacidade de suporte ao serem imersos em água.
Para Vargas (1978), ao tentar compactar-se um solo, o esforço de compactação será mais ou menos efetivo conforme sua granulometria e plasticidade (Figura 4.5). Para as areias puras, a compactação será totalmente ineficiente tornando necessária a utilização de outras técnicas.
Figura 4.5 – Curvas de compactação para diferentes tipos de solos Fonte: Pinto, 2006.
No caso de um solo arenoso, com uma pequena porcentagem de argila, a eficiência da compactação é grande. Já para uma argila muito plástica, o esforço de compactação fará com que a argila reflua, devido as suas propriedades plásticas, não havendo compactação eficiente. Segundo Vargas (1978), de um modo geral, para o mesmo esforço de compactação, atingem-se nos solos arenosos maiores valores de γsmax sob
menores hot, do que nos solos argilosos.
Cernica (1995) relata que argilas compactadas no ramo seco da curva de compactação desenvolvem um arranjo de partículas que não exibem influência marcante do tipo de compactação empregado, ao passo que, quando compactadas no ramo úmido, têm significativamente afetadas a orientação das partículas, a resistência, a permeabilidade e a compressibilidade.
Ainda conforme Cernica (1995), o comportamento e as características de siltes e argilas quando compactados, têm seu comportamento e suas características muito mais difíceis de serem definidas em uma determinada categoria do que o comportamento e as características dos solos granulares. Conforme esse autor, os solos granulares ganham resistência através da compactação e do subseqüente aumento de densidade, já os siltes e as argilas podem, em certas condições (método de compactação, teor de umidade, etc.), apresentar uma redução após um dado aumento de densidade.
4.8 – CONSIDERAÇÕES SOBRE ENERGIA DE COMPACTAÇÃO
Ao se especificar uma determinada energia de compactação, deve ser levado em conta o tipo de solo a ser compactado.
Desde 1973 foi feito por Mendes, no DER-MG, um estudo com o objetivo de apresentar algumas observações e sugestões sobre o problema da energia de compactação, adotada para os nossos solos nos projetos de pavimento.
De acordo com Mendes (1973), o excesso de energia de compactação, nos estudos de laboratório, pode trazer sérios problemas na execução da compactação ou condenar materiais para a sub-base e base de pavimento. Para esse mesmo autor, a baixa energia de compactação, por sua vez, impedirá o aproveitamento conveniente das características dos solos, prejudicando o fator econômico no dimensionamento do pavimento.
Logicamente o acréscimo da energia aumenta a resistência ao cisalhamento, mas pode interferir em sua expansibilidade ou contração, quando em contato com a água.
Inicialmente o DNER estipulou dois ensaios de compactação de solo que correspondiam ao ensaio de Proctor Normal para os solos de fundação dos pavimentos e a energia do ensaio Proctor Intermediário para os materiais de sub-base e base (Mendes, 1973). Tendo como objetivo manter uma correta correlação com o esforço de compactação no campo, posteriormente, o DNER criou o ensaio modificado de Proctor (DNER, 1996).
Assim, o método de dimensionamento de pavimentos flexíveis, atualmente em vigor no Brasil, especifica os ensaios de compactação para os 3 níveis de energia (normal, intermediária e modificada) nas normas do DNER (DNER-ME 129/94 e DNER –ME 162/94). Contudo, em alguns órgãos estaduais, novas energias têm sido utilizadas.
No estado do Ceará, desde o ano de 1991, conforme Souza Junior (2005), vem sendo aplicada nas obras de construção rodoviária uma energia de compactação diferente das
energias estabelecidas pelas DNER, definida como energia intermodificada. Essa energia é obtida através da aplicação de 39 golpes por camada, compactadas no cilindro Califórnia. Essa prática é aplicada em camadas de base de pavimentos, em razão da dificuldade de se conseguir materiais que satisfaçam as condições geotécnicas exigidas pelo DNER, quando compactadas na energia intermediária, bem como pelo fator econômico associado à execução das obras.
Em 1994, o DERT-CE regulamentou esta energia de compactação nas suas especificações gerais para serviços e obras rodoviárias (DERT-ES-P03/94 e DERT-ES- P04/94).
Corriqueiramente o DER-MG sempre adotou para a compactação do subleito, subbase e base, as energias preconizadas pelo DNIT. Em 2006, no Programa de Pro Acesso do Estado de Minas Gerais, o DER-MG lançou a recomendação técnica RT- 01.46 que recomenda estudos alternativos de energias de compactação para solos de subleito, sub- base e base de pavimentos rodoviários.
Objetiva assim adquirir um suporte maior de CBR para suprir as deficiências de capacidade dos solos.
Neste trabalho, são apresentados estudos alternativos de energias para solos de subleito em três trechos, sendo que um destes trechos pertence ao Programa do Pro Acesso, adotando-se a energia de compactação do Proctor Internormal (PIN).
A energia de compactação do Proctor Internormal (PIN) corresponde a 1,5 vezes a energia do Proctor Normal (PN).
Essa energia é obtida através da aplicação de 18 golpes por camada, compactadas no cilindro grande.
Mendes (1973) apresentou no primeiro simpósio sobre pesquisas rodoviárias, promovido pelo IPR, trechos estudados que utilizaram a energia do PIN para alguns solos mineiros. Constatou-se que, os trechos de pavimentação, executados com a energia do PIN, apresentaram um dimensionamento econômico, sem nenhum problema executivo. Cita, ainda, o exemplo do trecho de Lima Duarte, em Juiz de Fora, que apresentou um dimensionamento de pavimento para a energia do Proctor Normal onde obteve a espessura média de pavimento de 40 cm e para a energia do PIN, a espessura média encontrada foi de 34 cm. Houve, portanto, a redução de 15% na espessura média do pavimento.
Ressalta-se que os solos escolhidos para ensaios pertencem aos grupos de solos segundo classificação TRB (A4, A5, A-2-4, A-7-5 e A-7-6).
CAPITULO 5