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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIFTC CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL UNIDADE DE ENSINO: VITÓRIA DA CONQUISTA/BA EDINALDO MESQUITA DE ANDRADE JÚNIOR LEONARDO SANTOS CHAVES ESTUDO DO POTENCIAL GEOTÉCNICO DO SOLO DE JAZIDA EM IPIÚNA, DISTRITO DE JAGUAQUARA(BA) VITÓRIA DA CONQUISTA/BA 2021 CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIFTC CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL UNIDADE DE ENSINO: VITÓRIA DA CONQUISTA/BA EDINALDO MESQUITA DE ANDRADE JÚNIOR LEONARDO SANTOS CHAVES ESTUDO DO POTENCIAL GEOTÉCNICO DO SOLO DE JAZIDA EM IPIÚNA, DISTRITO DE JAGUAQUARA(BA) Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Centro Universitário UniFTC, da Unidade Vitó- ria da Conquista/BA, como requisito para obten- ção do título de bacharel do curso de graduação em Engenharia Civil. Orientador: Diego Queiroz de Sousa Mestre em Engenharia Agrícola — UFRB VITÓRIA DA CONQUISTA/BA 2021 CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIFTC CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL UNIDADE DE ENSINO: VITÓRIA DA CONQUISTA/BA FOLHA DE APROVAÇÃO EDINALDO MESQUITA DE ANDRADE JÚNIOR LEONARDO SANTOS CHAVES ESTUDO DO POTENCIAL GEOTÉCNICO DO SOLO DE JAZIDA EM IPIÚNA, DISTRITO DE JAGUAQUARA(BA) Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito parcial para obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil, pelo Centro Universitário UniFTC. Aprovado em 28 de maio de 2021. Banca Examinadora Diego Queiroz de Sousa Orientador Henrique Correia Santos Membro da banca Neuraci Dias Amaral Membro da banca VITÓRIA DA CONQUISTA/BA 2021 ESTUDO DO POTENCIAL GEOTÉCNICO DO SOLO DE JAZIDA EM IPIÚNA, DISTRITO DE JAGUAQUARA(BA) Edinaldo Mesquita de Andrade Júnior1 Leonardo Santos Chaves2. Diego Queiroz de Sousa3 RESUMO O objetivo deste artigo é avaliar o potencial geotécnico do solo de jazida em Ipiúna, dis- trito de Jaguaquara/BA, para utilização em camadas de pavimentação por meio das sistemáticas de classificação USCS (Unified Soil Classification System) e TRB (Transportation Research Board) e com a consideração do critério do Índice de Suporte Califórnia (ISC). A amostra de solo foi submetida aos ensaios de análise granulométrica conjunta, limites de consistência, equivalente de areia, compactação e ISC. Verificou-se que o material é um silte de baixíssima plasticidade, expansão reduzida, 1,76 e 1,26% nas energias Normal e Intermediária, respec- tivamente, e capacidade de suporte baixa, 2,6 e 10,7% nas energias Normal e Intermediária, respectivamente. O material enquadra-se no grupo A-4 da TRB e no grupo SM da USCS e é considerado adequado para uso apenas como reforço de subleito, desde que a proteção deste seja garantida. A literatura aponta estratégias para melhoria do solo analisado, como a adição de ligante de escória granulada moída, material possuidor de características pozolânicas resultante de processo siderúrgico. Palavras-chave: Solos. Ensaios. Pavimentação STUDY OF THE GEOTECHNICAL POTENTIAL OF THE DEPOSIT SOIL IN IPIÚNA, DISTRICT OF JAGUAQUARA (BA) ABSTRACT The objective of this article is to evaluate the geotechnical potential of the deposit soil in Ipiúna, district of Jaguaquara/BA, for use in pavement layers using the classification systems USCS and TRB and considering the criterion of the California Bearing Ratio (CBR). The soil sample was subjected to joint granulometric analysis tests, consistency limits, sand equivalent, compaction and CBR. It was found that the material is a silt of very low plasticity, reduced expansion, 1,76 and 1,26% in Normal and Intermediate energies, respectively, and low support capacity, 2,6 and 10,7% in Normal and Intermediate energies, respectively. The material falls within the group A-4 of the TRB and the group SM of the USCS and is considered suitable for 1 Discente do Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário UniFTC de Vitória da Conquista, email: edinaldin22@hotmail.com. 2 Discente do Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário UniFTC de Vitória da Conquista, email: leochaves66@hotmail.com 3 Engenheiro Civil pelo Centro Universitário UniFTC, Engenheiro Agrônomo pela Universidade Estadual do Sudostes da Bahia – UESB, Mestre em Engenharia Agrícola pela Universidade Federal do Recôncavo da Bahia – UFRB, Docente do Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário UniFTC, email: diego.agron@gmail.com. 5 use only as reinforcement of subgrade, as long as its protection is guaranteed. The literature points out strategies for improving the analyzed soil, such as the addition of ground granulated slag binder, a material with pozzolanic characteristics resulting from the steelmaking process. Keywords: Soils. Essay. Paving 1 INTRODUÇÃO As rodovias desempenham um papel importante e estratégico no desenvolvimento econô- mico e social do Brasil. O modal rodoviário é considerado a principal via de integração, fundamental no escoamento da produção industrial e agrícola nacional. Em virtude dessa ca- racterística, a construção de rodovias para fazer a interligação das cidades e escoar a produção tornou-se uma prioridade. Todavia, uma fase preliminar e de alta importância na construção de uma rodovia é a investigação das características geotécnicas do solo (CNT, 2017). Os solos são resultado da ação do intemperismo, “conjunto de modificações de ordem física (desagregação) e química (decomposição) que as rochas sofrem ao aflorar na superfície da Terra” (TOLEDO; OLIVEIRA; MELPHI, 2000). São fatores que controlam a ação do intemperismo a rocha parental4, o relevo, o clima, os organismos vivos (fauna e flora) e o tempo de exposição da rocha aos agentes intempéricos (SILVA et al., 2010). As rodovias possuem extensos traçados longitudinais, ou seja, desenvolvem-se ao longo de grandes distâncias, atravessando regiões que apresentam distintos horizontes geotécnicos (SANTOS, 2006). É necessário, portanto, conhecer as propriedades exibidas pelo subsolo de fundação e os materiais de empréstimo que serão utilizados em aterros e nas camadas de pavimento (PINTO, 2006). Os solos são comumente analisados em relação à resistência, deformabilidade e permea- bilidade, tanto no estado natural quanto no estado compactado. A variabilidade dos perfis de solos, no entanto, dificulta a utilização de ensaios laboratoriais para a determinação de suas propriedades. Foi a partir dessa dificuldade que surgiram as primeiras iniciativas para a identifi- cação do solo e de seu comportamento geotécnico por intermédio de ensaios mais simples que os convencionalmente utilizados (SANTOS, 2006). Para Pinto (2006), do encontro entre a diversidade de comportamentos dos solos e as finalidades da engenharia, surgiram iniciativas para agrupá-los. Aos solos de um mesmo grupo podem ser atribuídas algumas propriedades comuns. Os sistemas de classificação geotécnicos foram criados a partir desta tendência racional de organização da experiência acumulada. Do ponto de vista da engenharia, um sistema de classificação pode ser baseado no potencial de determinado solo para uso em camadas de um pavimento, fundações ou como outro material de construção (SILVA et al., 2010). Classifica-se um solo, portanto, na tentativa de 4 É a rocha que será intemperizada. Segundo sua natureza e composição mineralógica, apresenta resistência diferenciada aos processos de alteração intempérica. 6 estimar o seu provável comportamento quando utilizado em uma dada aplicação de engenharia ou, pelo menos, para que se tenha diretrizes orientadoras na investigação de um determinado problema (PINTO, 2006). A classificação de um solo em um determinado grupo pode gerar uma certa confusão na análise do comportamento deste, visto que um sistema de classificação “cria grupos defi- nidos por limites numéricos descontínuos, enquanto solos naturais apresentam características progressivamente variáveis” (PINTO, 2006, p. 55). O problema se amplia quando considera-se os solos que apresentam índices próximos aos limites e que se classifiquem em grupos distintos, mesmo podendo apresentar comportamento mais parecido do que solos de um mesmo grupo de classificação (SILVAet al., 2010). Dentre as classificações geotécnicas mais difundidas, destacam-se o Sistema Unificado de Classificação dos Solos (USCS — Unified Soil Classification System) e a classificação para fins rodoviários TRB (Transportation Research Board). Estas classificações, desenvolvidas em países de clima temperado e baseadas na distribuição granulométrica e nos limites de Atterberg (limite de liquidez – LL e limite de plasticidade – LP), são denominadas de classificações tradicionais. O objetivo deste artigo é avaliar o potencial geotécnico do solo de jazida em Ipiúna (dis- trito de Jaguaquara/BA) para utilização em camadas de pavimentação por meio das sistemáticas de classificação USCS e TRB e com o uso do critério do Índice de Suporte Califórnia (ISC), que consta de Souza (1981). 2 MATERIAIS E MÉTODOS O trabalho foi realizado no município de Jaguaquara, entre os meses de janeiro e maio de 2021. O município fica localizado no Centro Sul Baiano, no Vale do Jiquiriçá, sob as coordenadas geográficas 13◦31’50” S e 39◦58’15” W, possui valor médio para altitude de 667 m e apresenta clima úmido. A tipologia climática na classificação de Köppen é Af. Quando se adota o modelo de classificação racional de clima de Thornthwaite, a tipologia é B4rB’ 4a’(SEI, 2014). Para a realização dos ensaios de caracterização e de compactação necessários à classi- ficação nas sistemáticas TRB e USCS, o material foi recolhido. A amostra deformada de solo utilizada neste trabalho foi coletada em jazida do distrito de Ipiúna, às margens da BA-545, em local situado sob as coordenadas geográficas 13◦35’45,022” S e 39◦50’46,468” W (8496807 m e 408453 m, respectivamente, em coordenadas UTM). O local da coleta está distante 18,6 km da praça JJ Seabra, em Jaguaquara. Para a realização da coleta do solo foi necessário fazer uma limpeza no local, com a escavação e descarte dos primeiros 15 cm da superfície da encosta. O material coletado foi depositado em baldes, totalizando cerca de 150 kg. A amostra foi preparada e submetida a secagem prévia, conforme procedimento estabelecido pela NBR 6457 (ABNT, 2016a). Após a coleta e transporte, o material foi secado à sombra por 4 dias, até próximo da umidade 7 higroscópica. Foi promovida a segregação e extração de todos os materiais de outra natureza porventura presentes na amostra, como plásticos, raízes, folhas, etc. Após secagem, a amostra foi destorroada e homogeneizada. Com o auxílio do repartidor de amostras, a quantidade de material foi reduzida, separando-se uma amostra representativa em quantidade suficiente para envio ao laboratório da empresa Carlos Campos Consultoria e Construções LTDA (Goiânia – GO), responsável pela realização das análise do material coletado na jazida. Foram realizados os seguintes ensaios de caracterização: limites de liquidez e plasticidade (limites de Atterberg), análise granulométrica conjunta e ensaio equivalente de areia, seguindo os procedimentos preconizados nas NBR’s 6459 (ABNT, 2016b), 7180 (ABNT, 2016c), 7181 (ABNT, 2016d) e 12052 (ABNT, 1992). As faixas granulométricas utilizadas para determinar os percentuais das frações do solo foram tomados da NBR 6502 (ABNT, 1995). A determinação da umidade correspondente ao LL e LP foi feita por meio da equação (1), a do índice de plasticidade (faixa de valores em que o solo se apresenta plástico) pela equação (2) e a do equivalente de areia pela equação (3). w = M1 − M2 M2 − M3 × 100 (1) sendo: w = teor de umidade (%); M1 = massa do solo úmido mais a massa do recipiente (g); M2 = massa do solo seco mais a massa do recipiente (g); M3 = massa do recipiente (g). IP = LL − LP (2) EA = h H · 100 (3) onde: h = leitura no topo da areia; H = leitura no topo da argila. Também foram realizados ensaios de compactação e determinação dos ISC’s nas energias Normal e Intermediária de Proctor. Ambos os ensaios foram realizados sem reúso de material, tendo as amostras sido submetidas à secagem prévia até próximo da umidade higroscópica. A quantidade de material utilizada no ensaios de compactação e determinação do ISC foi de aproximadamente 50 kg. Para os ensaios na energia normal, os teores de umidade das 8 amostras foram de 12,8%, 14,8%, 16,8%, 18,8% e 20,8%. Na energia intermediária, os teores foram de 12,8%, 14,9%, 16,9%, 18,9% e 20,9%. Após completa homogeneização das amostras, procedeu-se à compactação de cada uma delas em seu respectivo molde, utilizando-se soquete grande, 5 camadas de solo, e 12 e 26 golpes por camada, respectivamente, para as energias normal e intermediária, conforme preconiza a NBR 7182 (ABNT, 2016e). O conjunto molde cilíndrico + solo + água foi levado à balança para pesagem e do material rasado de cada molde, uma porção foi colocada em cápsula metálica, pesada e levada à estufa para determinação da umidade 5. O teor de umidade das amostras foi determinado mediante a equação (1) e as massas específicas aparentes secas (ρd), por intermédio da equação (4): ρd = Mu × 100 V (100 + w) (4) onde: ρd = massa específica aparente seca (g/cm3); Mu = massa úmida do solo compactado (g); V = volume útil do molde cilíndrico (cm3); w = teor de umidade do solo compactado (%). Os corpos de prova moldados para a realização do ensaio de compactação foram utilizados nos ensaios de expansão e penetração. Ambos os ensaios estão descritos na NBR 9895 (ABNT, 2016f). A expansão de cada corpo de prova foi calculada mediante a equação (5) e o Índice de Suporte Califórnia (ISC) pela equação (6). Expansão (%) = Leitura final − Leitura inicial do deflectômetro Altura inicial do corpo de prova × 100 (5) ISC (%) = pressão calculada ou pressão corrigida pressão-padrão × 100 (6) Os dados produzidos nos ensaios foram inseridos em planilhas do Microsoft Excel e os resultados expressos em tabelas e gráficos. De posse dos dados dos ensaios, o solo foi classificado com a utilização das sistemáticas TRB e USCS (DNIT, 2006) e sua adequação para uso em camadas de pavimento foi avaliada com os parâmetros estabelecidos por Souza (1981): a. Materiais para reforço de subleito, os que apresentam: ISC maior que o subleito e expansão ≤ 2%; 5 A NBR 7182 (ABNT, 2016e) recomenda que os teores de umidade estejam distribuídos da seguinte forma na curva de compactação: dois no ramo seco, um próximo à umidade ótima, preferencialmente no ramo seco e dois no ramo úmido. 9 b. Materiais para sub-base, os que apresentam: ISC ≥ 20 e expansão ≤ 1%; c. Materiais para base, os que apresentam: ISC ≥ 80, expansão ≤ 0,5%, LL ≤ 25 e IP ≤ 6. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Do ensaio de análise granulométrica conjunta, temos as seguintes percentagens na amostra de solo analisada: 19,1% de argila, 25,2% de silte, 13,3% de areia fina, 22% de areia média, 19,9% de areia grossa e 0,5% de pedregulho (tabela 1). Pela análise visual-tátil, a amostra assemelha-se a um silte de cor amarela. Com o uso da classificação trilinear dos solos (CAPUTO, 1996), o solo pode ser enquadrado como um lemo 6 arenoso. Tabela 1 – Distribuição granulométrica de amostra de solo de jazida em Ipiúna, Jaguaquara/BA. Diâmetro % passante % retida Diâmetro % suspensa % sedimentada mm mm Peneiramento Sedimentação 50,8 100 0 0,0611 44,5 55,5 38,1 100 0 0,0436 43,1 56,9 25,4 100 0 0,031 41,8 58,2 19,1 100 0 0,0206 40,5 59,5 9,5 100 0 0,0147 39,1 60,9 4,76 100 0 0,0109 37,5 62,5 2,00 99,5 0,5 0,0079 34,5 65,5 0,42 77,0 23,0 0,0057 31,9 68,1 0,149 53,1 46,9 0,0043 27,1 72,9 0,075 46,8 53,2 0,0032 22,6 77,4 0,0023 19,1 80,9 Fonte: Dos autores (2021) Observou-se que a amostra apresentou comportamento mecânico não plástico aos ensaios de limite de liquidez (LL) e limite de plasticidade (LP), resultado condizente com a distribuição granulométrica do solo, que possui 25,2% de silte de natureza não plástica. O DNIT (2006) avalia que os siltes podem possuir baixa ou baixíssima plasticidade, fator limitante na realização dos ensaios de limites de consistência. O material não apresentou condições para determinação do equivalente de areia, de- vido à grande quantidadede partículas em suspensão, EA muito próximo a 0%, após o período utilizado para a sedimentação na solução aquosa de cloreto de cálcio (CaCl2). A distribuição granulométrica mostra que 46,8% das partículas do solo possui diâmetro menor que 0,075 mm, isto é, possuem granulação fina. Gouveia (2006) relata que solos com baixos valores de equiva- lente de areia são inadequados para utilização em camadas de pavimento, independentemente do volume de tráfego da via. 6 Lemo foi o termo proposto para substituir “barro”, que corresponde a “loam”, em inglês, com o qual se designa uma mistura, em proporções variadas, de partículas de areia, silte e argila. 10 O solo pode ser classificado no grupo A-4 na sistemática TRB. Como aponta o DNIT (2006), os solos típicos deste grupo incluem os solos siltosos não plásticos ou moderadamente plásticos e as misturas de solo fino siltoso com até 64% de areia e pedregulho retidos na peneira de 0,075 mm de diâmetro (peneira de malha #200). Na classificação USCS, com a análise da granulometria, o material pode ser categorizado no grupo SM, que abarca as areias siltosas (misturas de areia e silte). Conforme destaca o DNIT (2006), solos como estes são impróprios para uso em camadas de pavimento e, como subleito, possuem comportamento esperado variando de sofrível a mau. O ISC obtido foi de 2,6% e a expansão 1,76% na energia Normal de Proctor (figuras 1 e 3). Nos métodos de projeto que utilizam o ISC como parâmetro, a propriedade expansão entra como fator limitante na escolha do solo, dado que solos que apresentam valores significativos de expansão sofrem deformações consideráveis ao serem solicitados (BERNUCCI et al., 2008). Como a expansão observada encontra-se dentro dos limites estipulados (SOUZA, 1981), o material pode ser utilizado como reforço de subleito, contanto que a capacidade de suporte do subleito seja inferior a 2,6%. Figura 1 – Curva de 5 pontos do ensaio ISC na energia normal para umidade ótima 16,8%. Fonte: Dos autores (2021) Figura 2 – Curva de 5 pontos do ensaio ISC na energia intermediária para umidade ótima 16,8%. Fonte: Dos autores (2021) Na energia Intermediária de Proctor, o ISC encontrado foi de 10,7% e a expansão de 11 1,27%, conforme as figuras 2 e 4. O valor de expansão encontrado foi baixo, o que possibilita o uso do solo como reforço de subleito, desde que o subleito possua ISC inferior a 10,7% (SOUZA, 1981). Figura 3 – Gráfico de expansão do ensaio ISC na energia normal. Fonte: Dos autores (2021) Figura 4 – Gráfico de expansão do ensaio ISC na energia intermediária. Fonte: Dos autores (2021) As capacidades de suporte encontradas para o solo foram consideradas modestas e limitam demasiadamente a variedade de usos possíveis em pavimentação. No entanto, a literatura traz algumas maneiras de melhorar as características de solos inadequados para fins rodoviários, dentre as quais, destacam-se os métodos de estabilização mecânica e química (BERNUCCI et al., 2008; KAWAHASHI et al., 2010). Muito embora seja possível o melhoramento das propriedades mecânicas, não existe uma regra para a utilização dos métodos, sendo necessária dosagem específica para cada solo a ser estabilizado. Kawahashi et al. (2010), ao estudarem alternativas de melhoria de solos finos siltosos residuais, de qualidade medíocre para pavimentação, da Região Metropolitana de São Paulo, apontaram ser possível o tratamento destes com emprego de ligantes hidráulicos constituídos por 70 a 100% de escória granulada de alto forno moída. Ao tratarem um solo fino siltoso de baixo expansão (∼ 2%) do tipo NS’ na classificação MCT (um típico A-4 na sistemática TRB), ao consumo de 0,5% de ligante de escória granulada moída, aumentaram o ISC de 3% para 9%, com redução da expansão para 0,1%. Tais índices alcançados justificaram, plenamente, o emprego do material como reforço de subleito, com muito baixo consumo de ligante hidráulico, o que leva a supor sua viabilidade técnico-econômica (KAWAHASHI et al., 2010). 12 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS A análise granulométrica indicou que o solo é um silte amarelo. O silte analisado tem baixíssima plasticidade, demonstrada na impossibilidade de realização dos ensaios de limites de consistência. O solo foi enquadrado no grupo A-4 da classificação TRB e no grupo SM da sistemática USCS. Considerando as capacidades de suporte e índices de expansão encontrados nos ensaios de compactação, a única utilização possível para o solo seria como reforço de subleito, respeitada a condição de proteção deste, isto é, ISC do reforço maior que ISC do subleito. Há a possibilidade de aumento da capacidade de suporte do solo analisado e diminuição de sua expansão até limites toleráveis nos métodos de projeto nacionais por intermédio de técnicas de estabilização mecânica/química. Neste sentido, estudos com este solo utilizando ligantes hidráulicos podem esclarecer sobre sua serventia em camadas mais nobres do pavimento. Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12052: Solo ou agregado miúdo — determinação do equivalente de areia. Rio de Janeiro, 1992. 10 p. Citado na página 7. . NBR 6502: Rochas e solos. Rio de Janeiro, 1995. 18 p. Citado na página 7. . NBR 6457: Amostras de solo — preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro, 2016. 8 p. Citado na página 6. . NBR 6459: Solo — determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 2016. 5 p. Citado na página 7. . NBR 7180: Solo — determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 2016. 3 p. Citado na página 7. . NBR 7181: Solo — análise granulométrica. Rio de Janeiro, 2016. 12 p. Citado na página 7. . NBR 7182: Solo — ensaio de compactação. Rio de Janeiro, 2016. 9 p. Citado na página 8. . NBR 9895: Solo — Índice de Suporte Califórnia (ISC) — método de ensaio. Rio de Janeiro, 2016. 14 p. Citado na página 8. BERNUCCI, L. B. et al. Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros. 1. ed. Rio de Janeiro: Petrobrás, ABEDA, 2008. 504 p., il. Citado 2 vezes nas páginas 10 e 11. CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações: fundamentos. 6 ed. rev. e amp. - [reimpr.]. Rio de Janeiro: LTC Editora, 1996. 359 p. Citado na página 9. CONFEDERAÇÃO NACIONAL DOS TRANSPORTES. 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