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Avaliação do método apresentado por Novais Ferreira (1985) na determinação do peso específico seco máximo e teor de umidade ótimo em solos da região norte do Mato Grosso Roberto Aguiar dos Santos, Universidade de São Paulo, Departamento de Geotecnia, São Carlos, Brasil, eng.roberto@usp.br Camila Regina Eberle, Universidade de São Paulo, Departamento de Geotecnia, São Carlos, Brasil, camilaeberle@hotmail.com Flavio Alessandro Crispim, Universidade do Estado de Mato Grosso, Departamento de Engenharia Civil, Sinop, Brasil, crispim@unemat-net.br Rogério Dias Dalla Riva, Universidade do Estado de Mato Grosso, Departamento de Engenharia Civil, Sinop, Brasil, rogerioriva@yahoo.com.br José Roberto dos Santos, JR-Controle Tecnológico, Setor de Engenharia, Cuiabá, Brasil, laboratoristaroberto@gmail.com RESUMO: No estudo foram utilizados 20 solos de Mato Grosso, classificados segundo a AASHTO-TRB (American Association of State Highway and Transportation Officials - Transportation Research Board), desde a família A-2-4 até A-7-6 e os procedimentos utilizados foram: (i) caracterização geotécnica dos solos; (ii) determinação da curva de compactação dos solos utilizando a energia do Proctor normal; (iii) aplicação da metodologia de Novais Ferreira às curvas de compactação obtidas e (iv) análise estatística dos resultados via teste de identidade de modelos. Os resultados obtidos indicaram: (i) erro máximo de 4% tanto para o teor de umidade ótimo quanto para o peso específico seco máximo; (ii) erro médio de 2,6% no teor de umidade ótimo e de 1,2% no peso específico seco máximo e (iii) o teste de identidade de modelos indicou diferenças estatisticamente significativas, a 5% de probabilidade, entre os dados obtidos da curva de compactação e do modelo utilizado. Os erros encontrados são pequenos e então, considerando que o modelo de Novais Ferreira (1985) foi obtido a partir de 667 solos de Angola, percebe-se que existe a necessidade de ampliar o banco de dados de solos de Mato Grosso, com apenas 20 amostras, para melhor avaliar o modelo. PALAVRAS-CHAVE: Teste de hipóteses, Solos Tropicais, Controle Tecnológico, Compactação. 1 INTRODUÇÃO Com o advento das obras de infraestrutura rodoviária, surge a necessidade de investigação das propriedades mecânicas e físicas dos solos utilizados nas camadas dos pavimentos. Segundo Novais Ferreira (1985), além da investigação de tais propriedades, as condições de execução também são fatores predominantes para a prática da boa engenharia em obras de terraplenagem. No entanto, observa-se que o devido controle tecnológico necessário em cada camada de solo que compunham o corpo dos aterros vem perdendo espaço perante cronogramas cada vez mais apertados. Tradicionalmente, o controle de compactação é feito indiretamente controlando- se o peso específico seco máximo (γd max) e o teor de umidade ótimo (wot) do solo compactado, as quais são características relativamente simples de serem obtidas. A determinação do teor de umidade em campo atualmente é simples e de baixo custo, porém, obter o peso específico do solo ainda envolve alguma complexidade. O ensaio tradicional é de execução lenta e os outros ensaios envolvem custos relativamente altos e exigem mão de obra especializada. No entanto, ao visar um pleno controle tecnológico da obra, é necessário que os parâmetros obtidos em fase de laboratório sejam os mais confiáveis possíveis. Identificar o ponto de máximo peso específico seco nem sempre é uma tarefa fácil, visto que quanto maior a presença de finos, maior a dispersão dos valores para mesmo teor de umidade e mesma energia de compactação. Partindo dessa premissa, Novais Ferreira (1985) observa certa tendência dos parâmetros de peso específico seco máximo e teor de umidade ótimo com o intercepto das retas que tangenciam o ramo seco e ramo úmido da curva de compactação. Devido aos bons resultados observados pelo referido autor, procura-se nesse trabalho avalia- lo frente a solos do interior do estado do Mato Grosso utilizando testes de hipóteses, a fim de contribuir de maneira significativa para a sistematização do método para os solos analisados. 2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Solos Na Figura 1, observa-se a localização das amostras estudadas, compreendendo as margens da rodovia não pavimentada MT-206, que liga os municípios de Apiacás-MT e Paranaíta-MT. Ao longo dessa rodovia foram coletadas 20 amostras de solos compreendendo desde solos mais finos a solos mais granulares. Ela atravessa quatro regiões morfológica e geologicamente distintas, sendo elas: Granito Apiacás; Granito São Pedro; Suíte Intrusiva Juruena; Suíte Intrusiva Vitória, porém, sendo todas agrupadas no Domínio Jurema. Tal região é composta por rochas graníticas com predominância mineralógica de feldspatos e micas, apresentando forte dobramento em alguns pontos e nítidos afloramentos das rochas citadas, em regiões próximas ao leito do rio Apiacás e o município de Paranaíta. Figura 1. Localização dos locais de retirada das amostras 2.2 Métodos 2.2.1 Ensaios caracterização e compactação As 20 amostras de solos selecionadas foram ensacadas e identificadas, em porções de aproximadamente 40 kg e transportadas até o município de Várzea Grande-MT. Após secagem ao ar, as amostras foram submetidas a ensaios de caracterização sendo: limite de liquidez (ABNT, 1984a), limite de plasticidade (ABNT, 1984b) e análise granulométrica (ABNT, 1984c). Foram determinadas as curvas de compactação dos 20 solos conforme a ABNT (1982) utilizando a energia normal de compactação. 2.2.2 Métodos de comparação entre os solos analisados O método utilizado para estimar tanto o peso específico seco máximo quanto o teor de umidade ótimo segue as recomendações propostas por Novais Ferreira (1985). No entanto, o extenso banco de dados agrupado referido autor (667 solos) favoreceu o agrupamento das amostras estudadas, em função de intervalos de teor de umidade e peso específico, gerando dessa maneira curvas médias, assim como o processo adotado com solos de Ohio por Joslin (1957). Porém, convém mencionar que devido à finalidade do presente estudo e a reduzida quantidade de amostras coletadas, foi optado pelo não agrupamento das mesmas. Analisando solos de Angola, Novais Ferreira (1985) observou que existe uma correlação do ponto de intercepto entre ramo seco e úmido da curva de compactação com o wot. e d max, dada pelas Equações 1 e 2. 0,4000,960ww iot += (1) 0,036-011,1 imax d = (2) Em que: wot e wi - teor de umidade ótimo e do intercepto, em %, como mostrado na Figura 2; d max e i - peso específico seco máximo e do intercepto, em kN/m³, como mostrado na Figura 2. Ferreira (1985) embasou seu estudo, em retas que tangenciavam tanto o ramo seco quanto o ramo úmido existentes nas curvas de compactação. Segundo o mesmo autor, os pontos que compunham o ramo seco foram tangenciados por uma reta de inclinação (m), de modo que o mesmo processo se sucedeu no ramo úmido da curva, fornecendo a inclinação (n) da reta que tangencia o mesmo, conforme elucida a Figura 2. A partir do intercepto de tais retas, obteve-se seu ponto de coordenadas (wi; i), os quais foram comparados aos pontos (wot ; d max). Figura 2. Esquema apresentado por Ferreira (1985). Aplicando as equações de Novais Ferreira (1985) às curvas de compactaçãoobtidas para os 20 solos analisados obtiveram-se os parâmetros de compactação calculados que foram comparados com os parâmetros medidos obtidos diretamente pelo ponto de máximos observados nas curvas estudadas. 2.2.3 Comparação entre os diferentes solos analisados Primeiramente foi verificada a normalidade dos dados coletados servindo como critério inicial para aplicação do método proposto. A análise estatística dos dados foi realizada com o software estatístico Assistat (SILVA & AZEVEDO, 2009) desenvolvido na Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) Para comparar os resultados obtidos com aplicação das Equações 1 e 2 de Novais Ferreira (1985) com os parâmetros medidos para os solos de Mato Grosso, foram utilizados Testes de Identidade de Modelos, seguindo a metodologia de Leite e Oliveira (2002). 3 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS O resultado dos ensaios de caracterização realizados para as 20 amostras são apresentados na Tabela 1. Nota-se na Tabela 1, que as amostras possuem características bastante diferentes, desde argilas de alta plasticidade (CH) até pedregulhos argilosos (GC) e do ponto de vista da utilização como subleito desde solos com boa capacidade suporte (A-2-4) a solos com capacidade ruim (A-7-6). A Tabela 2 apresenta os parâmetros de compactação obtidos neste trabalho. Tais parâmetros representam aqueles medidos de maneira tradicional, utilizando o ponto de máximo entre o ramo seco e o úmido da curva de compactação. Tabela 1. Composição, classificação e alguns índices físicos das amostras coletadas e ensaiadas Solo P Ag Am Af SA LL IP USC TRB (IG) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 1 10 18 28 16 31 0 0 GC A-2-4 (0) 2 39 9 13 7 34 36 14 GC A-2-6 (1) 3 29 10 19 11 33 32 13 GC A-2-6 (0) 4 55 9 13 8 18 29 12 GC A-2-6 (0) 5 1 6 37 22 37 24 10 SC A-4 (0) 6 1 12 32 19 39 25 10 SC A-4 (1) 7 13 18 22 13 38 21 8 GC A-4 (0) 8 15 12 11 6 56 36 14 SC A-6 (2) 9 1 27 19 11 44 32 13 SC A-6 (2) 10 24 16 15 9 38 33 13 GC A-6 (1) 11 3 16 13 8 63 31 12 CL A-6 (6) 12 10 12 17 10 54 37 14 CL A-6 (6) 13 3 18 11 6 65 55 22 CH A-7-5 (12) 14 6 16 7 4 69 55 21 CH A-7-5 (14) 15 11 22 5 3 61 53 21 CH A-7-5 (11) 16 11 19 10 6 57 44 17 CL A-7-6 (7) 17 22 13 10 6 53 47 18 CL A-7-6 (7) 18 12 15 12 7 57 42 17 CL A-7-6 (7) 19 20 11 11 7 54 44 17 CL A-7-6 (7) 20 0 26 16 5 53 43 17 CL A-7-6 (7) Nota: Classificação segundo a ABNT (1995): (P)- pedregulho (2,00 ≤ ϕ < 60,00 mm), (Ag)-areia grossa (0,60 ≤ ϕ< 2,00 mm), (Am)-areia média (0,2 ≤ ϕ <0,60 mm), (Af)-areia fina (0,06 ≤ ϕ < 0,2 mm) e (SA)-silte + argila (ϕ < 0,06 mm). Tabela 2. Parâmetros de compactação obtidos para os solos analisados S wot γd max S wot γd max S wot γd max (1) 13,30 18,34 (8) 20,80 16,37 (15) 25,70 15,12 (2) 12,00 19,80 (9) 19,90 16,90 (16) 21,10 15,98 (3) 13,70 19,08 (10) 14,60 18,62 (17) 18,00 17,34 (4) 9,85 19,76 (11) 18,05 15,43 (18) 27,00 15,12 (5) 14,55 17,92 (12) 19,30 16,35 (19) 17,40 17,32 (6) 15,00 18,15 (13) 24,50 15,00 (20) 16,40 17,72 (7) 11,40 18,85 (14) 24,30 16,46 - - - Nota: S: Solo; wot: Teor de umidade ótimo em %; γd max: Massa específica seca máxima em kN/m³. 3.1 Avaliação do modelo de Novais Ferreira (1985) aplicado aos solos de Mato Grosso Para cada uma das 20 curvas de compactação foram obtidas as coordenadas, wi. e di, do intercepto entre os ramos seco e úmido da curva de compactação e a estes foram aplicadas as Equações 1 e 2. Os resultados foram comparados aos parâmetros de compactação observados utilizando o teste de Leite e Oliveira (2002). A análise indicou que os parâmetros de compactação estimados são estatisticamente diferentes dos parâmetros observados, a 5% de probabilidade. Na Figura 3 consta a reta que fornece o teor de umidade em função do teor de umidade do intercepto. Nota-se que os valores seguem uma tendência satisfatória com coeficiente de determinação alto. Figura 3. Teor de umidade do intercepto sendo comparadas ao teor de umidade ótimo para o conjunto das 20 amostras analisadas. Na Figura 4 é possível visualizar os valores de peso específico seco máximo em função dos valores de intercepto. Nota-se que tal reta possui um excelente coeficiente de determinação. Figura 4. Comparação entre o Peso específico seco do intercepto e o peso específico seco máximo observado no conjunto das 20 amostras analisadas. y = 9.97E-01x + 2.26E-01 R² = 9.99E-01 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 T e o r d e u m id a d e ó ti m o ( % ) Teor de umidade do intercepto (%) Reta de 45º y = 9.73E-01x + 9.28E-02 R² = 9.79E-01 15 16 17 18 19 20 21 15 16 17 18 19 20 21 P e s o e s p e c íf ic o s e c o m á x im o ( k N /m ³) Peso específico seco do intercepto (kN/m³) Reta de 45º Assim de acordo com as Figura 3 e Figura 4 obtiveram-se as Equações 3 e 4, a fim de adaptar as Equações 2 e 3 para os solos de Mato Grosso. 0,226+0,966w=w iot (3) 092,0973,0 ima d += x (4) Em que: wot e wi - teor de umidade ótimo e do intercepto, em %; d max e i - peso específico seco máximo e do intercepto, em kN/m³, em kN/m³. Ao aplicar novamente o teste Leite e Oliveira (2002), observou-se que embora os coeficientes de determinação (R²) obtidos para a Equação 3, 0,98 e para a Equação 4, 0,99, sejam altos, os modelos diferem significativamente, a 5% de probabilidade, dos parâmetros de compactação observados. A Figura 5 mostram os parâmetros de compactação observados (nesta pesquisa, Tabela 2), os estimados utilizando as Equações propostas por Novais Ferreira (1985), Equação 1 e 2, e os valores obtidos estimados pelas expressões desenvolvidas nessa pesquisa, no caso, as Equações 3 e 4. Figura 5. Comparação entre parâmetros de compactação observados (nesta pesquisa) e os parâmetros estimados utilizando as Equações 1, 2, 3 e 4. A disposição dos valores elucidados na Figura 5, sugerem que os pontos de análise se encontram muito próximos entre si, devido a tal motivo, foi utilizado um teste de hipóteses. Os resultados obtidos indicaram que o erro máximo de 4% tanto para o teor de umidade ótimo quanto para o peso específico seco máximo, enquanto que o erro médio de 2,6% no teor de umidade ótimo e de 1,2% no peso específico seco máximo, enquanto o teste de identidade de modelos indicou diferenças estatisticamente significativas, a 5% de probabilidade, entre os dados obtidos da curva de compactação e do modelo utilizado. Os erros encontrados são pequenos e então, considerando que o modelo de Novais Ferreira (1985) foi obtido a partir de 667 solos de Angola, percebe-se que existe a necessidade de ampliar o banco de dados de solos de Mato Grosso, com apenas 20 amostras, para melhor avaliar o modelo. CONCLUSÕES Estudar mecanismos que auxiliam na normatização de procedimentos ligados a ensaios de laboratório tem fundamental importância para o desenvolvimento da boa prática da engenharia geotécnica. Foi possível assim, observar que os erros encontrados são pequenos e então, considerando que o modelo de Novais Ferreira (1985), no entanto, percebe- se que existe a necessidade de ampliar o banco de dados de solos de Mato Grosso, com apenas 20 amostras, para melhor avaliar o modelo.Por fim, deve-se ampliar o estudo visando solos existentes em outras formações geológicas, a fim de tornar o estudo mais representativo, a fim de contribuir de modo significativo, tanto para comunidade acadêmica, quanto para fins práticos. AGRADECIMENTOS Agradecemos a Empresa JR-Controle Tecnológico por ceder o transporte das amostras e o laboratório para realização dos ensaios necessários. 0.048 0.050 0.052 0.054 0.056 0.058 0.060 0.062 0.064 0.066 0.068 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 1 /γ d m a x ( k N /m ³) -1 wot (%) Estimados (nesta pesquisa) Observados (nesta pesquisa) Novais Ferreira (1985) REFERÊNCIAS ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. (1986). NBR 6457: Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação. Rio de Janeiro. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. (1986). NBR 13555: Amostras de solo – Preparação para ensaios de compactação. Rio de Janeiro. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. (1984). NBR 6489: Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. (1982). NBR 7180: Ensaios de compactação. Rio de Janeiro. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7181 (1984c) Solo – análise granulométrica. Rio de Janeiro. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6502: Solos e rochas (1995). Rio de Janeiro, RJ. CHIOSSI, N.J. (2013). Geologia de engenharia. 3.ed. São Paulo: Oficina de Textos. CRISPIM, F.A. (2010) Influência de variáveis de compactação na estrutura dos solos: Caracterização geotécnica, química, mineralógica e micro estrutural. Tese de Doutorado em Engenharia Civil – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa-MG, 125p. DRAPER, N.R.; SMITH, H. (1998). Applied regression analysis. 3rd ed. New York, NY, USA: John Wiley & Sons, 706p. DNER – Departamento Nacional de Estradas e Rodagens. DNER – ME129 (1994) Solos – compactação utilizando amostras não trabalhadas. Rio Janeiro, RJ, 7p. DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Manual de pavimentação. Diretoria de planejamento e pesquisa, Coordenação Geral de estudos e Pesquisas, instituto de Pesquisas Rodoviárias, IPR (2006) – Publicação 719. Rio de Janeiro, RJ, 274 p. JOSLIN, J.G. (1959) Ohio’s typical moisture-density curves. In: Symposium on Application of soil testing highway design and construction. Philadelphia, ASTM, p. 111-117. HILF, J.W. (1991) Compacted fill. In: Foundation engineering handbook. Editado por Hsai-Yang Fang. 2nd ed. New York, NY: Chapman & Hall, p. 249-316, 1991. LACERDA FILHO, J.V. (Org.). (2004) Geologia e recursos naturais do estado de Mato Grosso. Cuiabá. Convênio:CPRM/SICME, p. 56-65. LEITE, H.G. & OLIVEIRA, F.H.T. (2002) Statistical Procedure to Test the Identity of Analytical Methods. Comm. Soil Sci. Plant Anal., Issue 7&8. MAGALHÃES, S.R.; ANDRADE, E.A. (2009) Teste para verificar a igualdade de modelos de regressão e uma aplicação na área médica. In: Revista E-xacta. ISSN: 1984-3151. Belo Horizonte-MG, p. 34-41. NOVAIS FERREIRA, H. (1985) Aspectos da compactação em estradas. Laboratório nacional de Engenharia Civil, Lisboa, 63p. SILVA, F.A.S. & AZEVEDO, C.A.V. Principal Components Analysis in the Software Assistat- Statistical Attendance. In: World Congress on Computers in Agriculture, 7, Reno-NV-USA: American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2009.
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