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36.a REUNIÃO ANUAL DE PAVIMENTAÇÃO – 36.ª RAPv

CURITIBA/PR - BRASIL - 24 a 26 de agosto de 2005

Local: Auditório I da Federação das Indústrias do Estado do Paraná (FIEP)

DETERIORAÇÃO ESTRUTURAL DE BASES DE SOLO-CIMENTO E

GRANULARES

Douglas Fadul Villibor1; Rita Moura Fortes; Fábio Quintela Fortes2 & Cláudio Nogueira

Junior2

1 LENC: R. Catequese, 78 – Butantã = São Paulo-SP. [email protected] 2 DER-Araraquara: R. Castro Alves, 1271- Bairros do Carmo- Araraquara-SP – [email protected] e [email protected]

Número definitivo: 060

mailto:[email protected]

DETERIORAÇÃO ESTRUTURAL DE BASES DE SOLO-CIMENTO E GRANULAR RESUMO

As bases de solo-cimento e granulares não coesivas apresentam peculiaridades, de comportamento estrutural e conseqüentemente de deterioração do pavimento, distintas entre elas em função da constituição dos materiais envolvidos. No estado de São Paulo há uma grande experiência acumulada tanto na implantação desses tipos de base como na sua recuperação. Em especial a deterioração das bases de solo cimento geralmente levam a pavimentos com elevado nível de trincamento o que gera uma grande discussão nos meios técnicos quanto à solução mais adequada para a sua recuperação. Isto vem ocorrendo em função das diretrizes estabelecidas pelos órgãos rodoviários nacionais. Um exemplo recente ocorreu na recuperação de pavimentos com base de solo cimento do programa do BID/DER-SP, em que se fossem adotadas as normas oficiais muitos trechos da rede existente teriam que ser totalmente reconstruídos, com custo elevado. Com base na experiência adquirida ao longo de 30 anos do DER-SP, uma solução rotineira foi adotada e a estrutura do pavimento existente, mesmo que apresentando trincamento significativo, foi aproveitada resultando em uma solução muito mais econômica. Para a recuperação das bases granulares há um maior consenso entre os técnicos e os procedimentos estabelecidos nas normas vigentes.

Com o objetivo de analisar o processo de deterioração estrutural dessas bases, ainda pouco difundido no meio técnico, este trabalho apresenta as diferenças de comportamento e os fenômenos de deterioração desses pavimentos, além de uma breve diretriz quanto à recuperação das bases de solo cimento. PALAVRAS-CHAVE: BASE DE SOLO AGREGADO; BASE DE SOLO CIMENTO; PECULIARIDADES DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL; FENÔMENO DA DETERIORAÇÃO. ABSTRACT The pavements with Cement-soil and granulate not cohesive bases present peculiarities, of structural behavior and consequently of deterioration, distinct between them as a function of the constitution of the involved materials. In the state of São Paulo there is a wide accumulated experience in the implantation of these types of base and in its recovery as well. In special the deterioration of the soil-cement bases generally takes the pavement with high level of cracks that generates a great discussion in the technical area about the best adjusted solution for its recovery. It has been occurring in function of the lines of direction established for the national road agencies. A recent example occurred in a pavement recovery with cement-soil base of the program of the BID/DER-SP, where if the official norms would be applied at existing net, and that total would be reconstructed, at high cost. Based on the acquired experience throughout 30 years of DER-SP, a routine solution was adopted and the structure of the existing pavement, exactly that presenting significant cracks, was used to advantage, resulting in a much more economic solution. For the recovery of the granular bases there is more consensus between the technician and the established procedures in the actual norms. Aiming to analyze the process of structural behavior and deterioration phenomena’s of these bases, still little disseminated in technician media, this work presents the differences of behavior and the phenomena of deterioration of these pavements, beyond one brief line of direction regarding the recovery of the cement soil base pavement. KEYWORDS: SOIL AGGREGATE BASE, SOIL-CEMENT BASES, PECULIARITIES OF STRUCTURAL BEHAVIOR; DETERIORATION´S PHENOMENON.


1 INTRODUÇÃO As bases de solo cimento e granulares não coesivas apresentam peculiaridades distintas de comportamento estrutural e conseqüentemente de deterioração do pavimento, em função da constituição dos materiais que as compõe. A deterioração das bases de solo cimento geralmente levam a pavimentos com elevado nível de trincamentos, o que gera uma grande discussão nos meios técnicos quanto à solução mais adequada para a sua recuperação em função das diretrizes estabelecidas pelos órgãos rodoviários nacionais. A experiência adquirida ao longo de 30 anos do DER-SP, mostram que existem soluções mais econômicas para a recuperação dos pavimentos com base de solo cimento.

Neste trabalho serão analisados de uma maneira simplificada os modelos físicos da degradação, causada pelo tráfego e condições climáticas, de pavimentos revestidos com camada de rolamento betuminoso e com bases de Solo-Cimento e Granular não Coesiva. Serão apresentadas também uma breve diretriz quanto à recuperação das bases de solo cimento. Sinteticamente, tais modelos pretendem mostrar a evolução dos defeitos, a qual está intimamente ligada à variação do comportamento dos pavimentos, ao longo da sua vida útil, com ênfase na deterioração estrutural da base que é um dos mais importantes dos seus constituintes.

Porém antes da análise especifica das bases referidas, serão apresentadas algumas considerações sobre o comportamento das camadas do pavimento inferiores à base, constituídas de material natural (solo ou misturas de solos), assim como de sua fundação, ou seja, do sub-leito, tendo em vista que o mecanismo da deterioração das bases depende, sobretudo, das deformações que ocorrem naquelas camadas. As camadas do pavimento e o solo da fundação, sob a ação das tensões decorrentes da passagem dos veículos, sofrem deformações elásticas (deflexões) e deformações permanentes (recalques). As deformações permanentes decorrem da passagem, por um grande número de vezes, de elevadas cargas repetitivas do trafego são irreversíveis e, geralmente, ocorrem nas rodeiras das pistas, mesmo que o pavimento tenha sido bem projetado e executado. Suas causas são: densificação do solo das camadas compactadas do pavimento e; acomodação do solo do subleito de cortes ou da fundação de aterros, em especial quando o mesmo apresenta características colapsíveis (como alguns solos lateríticos).

Caso as deformações permanentes, medidas através das flechas no revestimento, sejam incompatíveis com a sua “acomodabilidade”, haverá trincamento nas camadas de base e revestimento; neste caso o mecanismo da deterioração das bases será acelerado, mas o fenômeno da deterioração continuará o mesmo, com as deflexões sempre presentes. Isto posto, este trabalho pressupõe: que os pavimentos foram executados atendendo às especificações próprias, de organismos rodoviários, para cada tipo de base e que as deformações permanentes foram de níveis não comprometedores para a base e para o revestimento e; a existência de drenagem e acostamento, adequados. 2 DETERIORAÇÃO DA BASE DE SOLO-CIMENTO 2.1 Considerações sobre a Estrutura e Funcionamento da Base

A base de Solo-Cimento apresenta uma coesão muito elevada, criada quimicamente pela hidratação do cimento e posterior formação de silicatos e aluminatos que unem as partículas; entretanto uma vez desfeita a ligação química entre duas partículas, ela não mais se refaz. Isso significa que essa coesão uma vês desfeita nas trincas ou por tração nas camadas não mais atuam gerando um material fino, friável e sem nenhuma coesão.

A base sempre apresenta fissuras e/ou trincas que se formam, inicialmente, devido à retração térmica ocasionada pela hidratação do cimento (Cura) e pela contração conseqüente à perda de umidade. O espaçamento e a abertura dessas trincas dependem da quantidade de cimento e, principalmente, das características do solo. Quando são utilizados solos mais coesivos e argilosos, a base de Solo-Cimento sofre trincamento mais severo. A estrutura da base cimentada apresenta trincamentos que são visíveis, quando de grau médio a intenso, e que se refletem na camada de rolamento. No entanto, esta estrutura “trincada” não compromete o bom comportamento do pavimento, conforme atestam os mais de 10.000 km dessas bases, executados no Estado de São Paulo.

O funcionamento estrutural da base é explicado partindo do fato de a mesma ser constituída por blocos de Solo-Cimento irregulares, de baixa permeabilidade e de elevada rigidez, separados por fissuras ou trincas. A carga atuante sobre um bloco é, em parte, absorvida pela deformabilidade do mesmo, criando tensões de tração em sua parte inferior; a carga restante é transmitida para os blocos adjacentes, através do entrosamento existente entre eles, formando uma “placa fictícia”, bem maior que um bloco. Deste fenômeno resulta que as tensões verticais, atuantes na sub-base, caem para valores bastante baixos, o que é altamente desejável, em especial, quando a mesma tem suporte baixo. Este funcionamento permite que a base possa ser entendida como uma estrutura flexível, embora seja constituída de blocos de elevada rigidez, ainda que no meio rodoviário seja usual considerá-la como semi–rígida.

Uma característica, conseqüente deste funcionamento, é o comportamento elástico peculiar da estrutura da base de Solo-Cimento que, quando medido com a Viga Benkelmann utilizando carga padrão de 8,2 tf por eixo, apresenta: deflexões baixas, geralmente entre 20 e 40 x 1/100 mm; “bacias” com raios de curvatura maiores do que 500 m, irregularidades de curvatura (como um deslocamento do ponto de máxima deflexão) e “ramos” com forma e alongamento característicos; “bacias” que indicam Módulo de Elasticidade, avaliado por retro-análise, muito elevado,


da ordem de 20 vezes superior ao da camada inferior. Estes fatos são conseqüência da estrutura da base ser rígida e em blocos, o que possibilita a absorção de grande parte da carga pela tração na parte inferior da base e explica as características de deformabilidade dos pavimentos e o “espraiamento” das deformações.

2.2 Fatores Determinantes da Deterioração 2.2.1 Trincamento Inicial do Revestimento e sua Evolução Sob a ação das cargas repetitivas do tráfego, as fissuras e/ou trincas entre os blocos, existentes originalmente na base, são refletidas na camada do revestimento que, geralmente, é de Concreto Betuminoso Usinado a Quente. Ao longo do tempo as mesmas sofrem alargamentos e erosão acentuada de suas bordas pelas intempéries e tráfego. A rápida evolução da erosão é explicada pela presença de água nas trincas e pela ação do sol na superfície das mesmas. Este fato produz, ao longo das trincas, uma rápida oxidação do ligante que, aliada ao efeito do tráfego, acelera o alargamento das mesmas pelo “arrancamento” progressivo da parte superior das suas bordas. Neste estágio, entretanto, a trinca da base de Solo-Cimento ainda pode estar com abertura pequena. A figura 1 mostra os aspectos referidos.

Figura 1 – Bases trincadas com erosão nas bordas do revestimento e início da formação de “panelas”. 2.2.2 Trincamento da Base por Fadiga e sua Propagação no Revestimento Este outro tipo de trincamento começa a surgir após o fenômeno do trincamento inicial, já referido. As cargas geradas pelo tráfego originam tensões de tração nas fibras inferiores dos blocos da base as quais, após um certo número de repetições produzem, por fadiga, pequenas fissuras naqueles locais. Com o tempo, as fissuras evoluem para trincas que, se propagando ao longo da espessura da camada de base, causam um retrincamento na mesma. Este retrincamento, devido às cargas repetitivas do tráfego, se propaga até a superfície do revestimento e tem uma evolução como já descrita no item anterior. A figura 2, mostram “panelas” e o padrão de retrincamento da base.

Figura 2 - “Panela” e padrão de retrincamento da base com propagação no revestimento.

2.2.3 Trincamento da Base por Consolidação das Camadas Inferiores As cargas do tráfego e o aumento do teor de umidade em decorrência da água que infiltra: pelas trincas pré-existentes no revestimento e na base; pelas laterais devido a trincas e/ou falhas no acostamento e; pela elevação do nível do lençol freático nos períodos chuvosos, provocam nas camadas inferiores, pequenas consolidações que causam deformações permanentes nas mesmas. Em alguns sub-leitos, constituídos de solos colapsíveis, este fenômeno é mais acentuado e preocupante pois causa consolidações que refletem, na superfície do pavimento, como afundamentos nas rodeiras, com


flexas que podem superar dois centímetros. A base de Solo-Cimento, devido à sua elevada rigidez (módulo de resiliência elevado, às vezes superior a 6.000 MPa), não possui “acomodabilidade” suficiente para se ajustar a tais deformações, que causam elevadas tensões de tração na parte inferior das camadas da base. Como conseqüência ocorre o seu “retrincamento” que se propaga até o revestimento. Salienta-se, ainda, que os afundamentos nas rodeiras servem como locais (intensamente trincados) de acumulação de água e concorrem para aumentar o volume do líquido que, penetrando pelas trincas do revestimento e dos blocos da base, chega às camadas inferiores.

Isto acontece porque, além da infiltração natural, ocorre uma infiltração forçada pelas rodas dos veículos que passam, continuamente, nas rodeiras. A figura 3 mostra “panelas” e trincamento no revestimento, devidos a consolidação das camadas inferiores nas rodeiras e/ou retrincamento da base de Solo-Cimento. Historicamente, em alguns trechos dos primeiros pavimentos com base de Solo-Cimento, este fenômeno ocorreu intensamente causando um trincamento muito elevado. Isto se deveu ao fato de que aqueles pavimentos não possuíam camadas de apoio com suporte adequado pois, geralmente, não eram executados a sub-base e o reforço do sub-leito, e/ou por não ter sido executada, adequadamente, a compactação da melhoria do sub-leito. Com o tempo, este fenômeno foi diminuindo de intensidade, pois os projetistas começaram a projetar pavimentos mais adequados para minimizar os efeitos das deformações permanentes.

Figura 3 - Defeitos devido à consolidação de camadas inferiores nas rodeiras, e ao fenômeno de fadiga na base. 2.2.4 Oxidação do Ligante do Revetimento e sua evolução para “panelas”

No caso especial de bases de Solo-Cimento revestidas com tratamentos superficiais invertidos, além dos problemas citados nos itens anteriores, também ocorre o fenômeno da “formação de panelas” no revestimento devido ao desgaste em função da oxidação do ligante. A oxidação do ligante do revestimento resulta de um efeito combinado do oxigênio do ar e da luz solar, além de outros fatores climáticos. Nas bases de Solo-Cimento revestidas de CBUQ ocorre desgaste no revestimento também ligado à oxidação do ligante, mas em menor escala que nos tratamentos superficiais; caso ocorra, intensamente, haverá exposição da base à ação das rodas dos veículos e, conseqüentemente, “formação de panelas” na mesma. Outro fato causador deste mesmo defeito ocorre nas regiões onde as trincas dos blocos da base se propagam para o revestimento e dão origem a pontos onde, devido à oxidação do ligante ser intensa, cresce o arrancamento dos agregados do revestimento, pelo tráfego, e resulta na formação de mais “panelas”.


2.2.5 Fenômeno do “Bombeamento”

Em especial, em pavimentos com base de Solo-Cimento constituída de solos argilosos com mais de 36 % de silte mais argila (fração que passa na peneira # 200) e/ou camada inferior, praticamente impermeável (Coeficiente de Permeabilidade Kp ≤ 10-7 cm/s), constituída de solos finos com mais de 45% de silte mais argila, pode ocorrer o fenômeno do bombeamento dos finos da base, e/ou da sub-base, quando o revestimento e a base acham-se trincados e o pavimento é submetido a cargas repetitivas em períodos de chuvas. As deflexões, geradas pelas cargas, movimentam conjuntos de blocos de Solo-Cimento da base. Na região carregada, o atrito entre os blocos desgasta a parede vertical dos mesmos produzindo um material inerte (finos), proveniente da destruição irreversível da coesão química entre as partículas do Solo-Cimento, em quantidade que depende das características do solo, e que se deposita nas trincas existentes entre os blocos. O desgaste causa um alargamento das trincas que facilita a infiltração de águas pluviais no solo da camada inferior, embaixo das trincas, causando sua saturação, e até seu amolecimento, no caso dessa camada não ser drenante. Em camadas inferiores não drenantes, executadas com solos coesivos finos e de baixa permeabilidade, ocorre o fenômeno do bombeamento, caracterizado pela expulsão da lama, presente nas trincas, para a superfície do revestimento. Esta lama é formada pela água infiltrada, pelos finos desprendidos do Solo-Cimento e por parte do solo da camada inferior. Este processo “descalça” parte do apoio dos blocos, próximo à trinca, propiciando o retrincamento dos mesmos. Isto ocorre, principalmente, nas rodeiras e evolui, com o tempo, para uma intensa fissuração que se reflete no revestimento e evolui para um trincamento no mesmo. Tanto é preocupante este fenômeno, que o critério geral de dosagem do Solo-Cimento serve-se do Ensaio de Durabilidade (desgaste do material por ciclos de escovamento com secagem e molhagem) para minimizar, ou mesmo evitar, o bombeamento. A figura 4 ilustra o fenômeno do bombeamento em uma base de Solo-Cimento. A figura 5 mostra pavimentos com reflexo do trincamento da base de Solo-Cimento no revestimento e a presença de finos na superfície, característica da ocorrência de “bombeamento”.

Figura 4 – O fenômeno do bombeamento, e conseqüências, em uma base de Solo-Cimento.


Figura 5 – Ocorrências do bombeamento de finos e padrão de trincamento.

2.3 Processo Final da Deterioração Uma base de Solo-Cimento, ao longo da sua vida útil, é submetida à ação combinada dos fatores (ou de parte deles) descritos anteriormente. Nos sub-trechos em que a base sofre grande incidência de retrincamentos, sobre o padrão inicial de trincas, os mesmos se refletem no revestimento. Esse retrincamento facilita a entrada de água nas camadas da fundação em períodos de chuva o que provoca uma diminuição do seu suporte. Devido às cargas geradas pelo tráfego, à rigidez dos blocos de Solo-Cimento e à sua baixa acomodabilidade ao trincamento, ocorre um crescimento exponencial das trincas na estrutura, predominantemente nas rodeiras. Como conseqüência, após 15 ou 20 anos de uso, os blocos formados inicialmente se desagregam em blocos de pequenas dimensões (8 a 10 cm de lado) não apresentando mais, a estrutura e o funcionamento de uma base cimentada em sua plenitude. Tal configuração é similar a uma estrutura intertravada preenchida, entre os blocos, com finos o que possibilita a ocorrência de blocos soltos, em alguns locais. Com isto os blocos perdem o entrosamento inicial, propiciando a ocorrência de defeitos intensos, (“panelas”, recalques excessivos, etc), tanto na base como no revestimento e passando a exigir reparações e manutenções intensas e onerosas. Além destes fatos, ressalta-se que as “panelas” possuem laterais, quase verticais, resistentes e duras que, nos impactos, causam sérios danos às rodas dos veículos e provocam, às vezes, acidentes graves. O pavimento de um segmento de trecho neste estágio, segundo a Norma DNIT 006/2003 - PRO, apresenta um Índice de Gravidade Global (IGG) superior a 160, o que o conceitua como “Péssimo” em termos de degradação, e sua base é considerada deteriorada. A figura 7 mostra pavimentos deteriorados com base de Solo-Cimento. No entanto, segundo o entendimento dos autores, o valor estrutural residual de uma base nestas condições ainda pode ser restaurado, desde que seja adotada uma filosofia para o projeto de recuperação para estes pavimentos conforme diretrizes descritas no item a seguir, e de acordo com a experiência adquirida ao longo de dezenas de anos no DER-SP.

Figura 7 - Aspecto da deterioração do revestimento e da base de Solo-Cimento.


2.4 Diretriz para Recuperação de Pavimentos com Base de Solo Cimento A filosofia de projeto descrita a seguir já vem sendo adotada, com sucesso, na recuperação de diversos trechos de rodovias, no Estado de São Paulo, com tempo de utilização superior a 20 anos. As fotos da figura 8, ilustram etapas de implantação da filosofia proposta. 1ª Etapa - Preencher as panelas existentes, até o nível da base, com Solo-Cimento compactado manualmente. 2ª Etapa - Execução de fresagem, conforme o procedimento: - No caso do pavimento ser constituído de duas camadas de rolamento, fresar removendo completamente a camada superior. -Quando existir apenas uma camada de rolamento esbelta (< 5 cm), a fresagem deve chegar até na base. 3ª Etapa - Execução da imprimadura utilizando compressor, limpar as superfícies e aplicar, sobre toda a área, uma imprimadura ligante que contenha polímeros. 4ª Etapa - Execução da camada de reperfilagem: - Utilizando uma Patrol, espalhar uma camada esbelta de CBUQ (granulometria fina) misturado com cimento asfáltico modificado com polímero SBS, para reconformação da seção transversal das pistas. - A seguir, proceder a uma rolagem intensa, com rolo de pneus de pressão variável, para melhorar a eficiência do processo de travamento dos blocos e, se possível, deixar passar o tráfego por um período de sete dias, para consolidar os serviços executados e observar a ocorrência de eventuais defeitos que precisem ser corrigidos. - Desta forma, a camada esbelta de CBUQ funcionará como Camada Dobradiça para minimizar a propagação das trincas existentes e travar eventuais blocos soltos de Solo-Cimento. 5ª Etapa - Executar uma camada de ligação binder, de granulometria grossa e executar uma camada final de rolamento de CBUQ, sendo que ambas deverão ter espessuras definidas através de métodos de dimensionamento de reforço.

Figura 8 – Etapas do processo de recuperação: fresagem do pavimento existente; tratamento superficial duplo

executado sobre o pavimento existente; aplicação de CBUQ; aspecto final após conclusão dos serviços.


3 DETERIORAÇÃO DA BASE GRANULAR 3.1 Considerações sobre a Estrutura e Funcionamento da Base

Os pavimentos de revestimento asfáltico delgado sobre base granular se deformam numa pequena área, quando solicitados pelas cargas do tráfego. As pressões geradas são transmitidas à camada inferior (sub-base, reforço ou sub-leito) dentro de um cone estreito, função da altura da base. Para que essas pressões alcancem a camada inferior dentro de valores compatíveis com a resistência da mesma, é necessário que a base tenha uma altura considerável. A falta de coesão da base faz com que a mesma não resista à flexão, isto é, seja flexível; já o revestimento, apesar de ter coesão (aí necessária para resistir aos esforços tangenciais e de tração) geralmente é delgado; disto resulta um pavimento com estrutura flexível.

A base não coesiva tem sua estrutura constituída de material granular, por exemplo, brita graduada e base estabilizada granulometricamente. O material da base tem uma granulometria contínua que, após compactação adequada, conduz a uma máxima densidade da camada. Esta base não apresenta trincamento, pois seus materiais constituintes, incluindo os finos, são inertes e não coesivos. Sua resistência mecânica é conseguida através do atrito entre os grãos maiores, que é gerado pelo entrosamento entre eles. Os vazios dos grãos maiores são preenchidos pelos grãos menores, o que auxilia no “travamento” da estrutura. A prática tem demonstrado que, quanto maior o diâmetro máximo da granulometria do material, mais resistente será a base; o valor máximo adotado na prática, por motivos construtivos, é da ordem de 38 mm (1,5 polegadas).

Quanto ao funcionamento estrutural da base: as cargas repetitivas do tráfego geram tensões que solicitam a camada e são transmitidas, grão a grão até a camada inferior (dentro de um cone estreito), devido ao atrito entre eles. Esta base transmite os esforços para a camada inferior, em todas as direções, numa inclinação de aproximadamente 45º, causando elevadas pressões verticais, na mesma, por não apresentar “efeito de placa”.

A base, quando em serviço, pode sofrer deformações elásticas (deflexões) e/ou permanentes (recalques). As elásticas (deflexões) originam-se do fato de que os grãos, sob efeito das cargas repetitivas, podem rolar sem deslizar uns em relação aos outros, sem alterar o volume inicial de vazios da base, provocando pequenos movimentos reversíveis que são responsáveis pela deflexão do pavimento. As permanentes originam-se do fato de que os grãos também podem sofrer pequenos ajustes (inclusive com quebra de alguns), que acarretam pequenas deformações permanentes, que são perfeitamente absorvidas pela base sem trincá-la, graças à sua característica granular, e sem rompê-la, graças à acomodabilidade da camada; não ocorrem, portanto, afundamentos com levantamento de material, ou seja, rupturas. Estas deformações podem ser medidas pelas flechas da superfície da pista, nas rodeiras. 3.2 Fatores Determinantes da Deterioração 3.2.1 Trincamento do Revestimento por Fadiga A base Granular não coesiva não resiste a tensões de tração e tem baixo Módulo de Resiliência (da ordem de 300 a 500 MPa). Quando o revestimento é de CBUQ denso e ocorrem tensões de tração, o mesmo absorve parte delas, por ser coesivo e ter Módulo de Resiliência elevado quando novo (da ordem de 3.000 a 4.000 MPa) e crescente com o aumento da rigidez do revestimento causado pela oxidação do seu ligante. Com o pavimento em serviço, as cargas repetitivas do tráfego criam tensões de tração nas fibras inferiores do CBUQ as quais, embora muito menores do que a tensão de ruptura desse material (da ordem de 1 MPa), provocam, após um número elevado de repetições das tensões de tração, a ruptura das fibras inferiores do CBUQ, por fadiga. Com isto, inicia-se uma fissuração no fundo da camada que, sob a ação das cargas, se propaga até a superfície do revestimento. Com o tempo essa fissuração, por oxidação do ligante próximo às fissuras e devido ao efeito do tráfego, evolui para um trincamento. Pelas trincas infiltra-se água, para a interface e para o interior da base, a qual percolando entre os grãos, vai contribuir para a saturação da base e da camada inferior. No caso de revestimentos de tratamentos invertidos, que possuem baixo Módulo de Resiliência, o fenômeno de fadiga não ocorre. 3.2.2 Trincamento do Revestimento por Desestabilização da Base Como a dissipação das cargas na base se processa através do atrito grão a grão, o contato entre os grãos maiores origina um processo de abrasão que resulta numa produção de finos provenientes do desgaste dos mesmos; tal processo acelera o crescimento dos vazios na camada, o que prejudica sua estabilização. Os finos, mesmo não sendo plásticos, podem produzir, na presença de água, um excesso de pressão nos poros (devido à drenagem lenta), além de aumentar os vazios na parte superior da camada, o que causa uma queda na resistência da mesma; isto leva a um aumento na deformação do pavimento que pode produzir duas situações: um trincamento imediato em revestimento de CBUQ, pela sua rigidez, e uma aceleração do fenômeno de fadiga, causando trincas prematuras no mesmo e; alguns defeitos que somente aparecem quando a deformação permanente (recalque) é de grande magnitude em tratamentos invertidos,


devido à sua elevada acomodabilidade. Neste último caso, em alguns pontos, ocorrem: fissurações que evoluem para um trincamento no revestimento e, eventualmente, desprendimento de material pétreo que evolui para “panelas” no mesmo. Por estas trincas e “panelas”, infiltra-se água que vai saturar os finos depositados entre os grãos maiores e chegar à camada inferior.

3.2.3 Trincamento do Revestimento por Consolidação das Camadas Inferiores Conforme descrito anteriormente o funcionamento do pavimento com base granular não coesiva, provoca trincas no revestimento através das quais infiltra-se uma certa quantidade de água que percola entre os grãos e chega à camada inferior. Além desta, outras quantidades de água podem chegar à camada inferior pela elevação do nível do lençol freático (nos períodos chuvosos) e pela infiltração lateral devido à falhas no acostamento (por exemplo, o descolamento do revestimento sobre o mesmo). Este aumento do teor de umidade, conjugado com as cargas do tráfego, provoca em algumas camadas inferiores, cujos solos são colapsíveis, pequenas consolidações que geram deformações permanentes nas mesmas. Como a base possui acomodabilidade suficiente para se ajustar a tais deformações ela “sela”, trazendo junto o revestimento que, por não ter características de deformabilidade similares, devido à sua elevada rigidez, trinca intensamente, em especial nas rodeiras. Conforme salientado para a base de Solo-Cimento, também aqui, os afundamentos nas rodeiras, servem como locais de acumulação de água e, por serem muito trincados, concorrem para um aumento do volume de água que, penetrando pelas trincas do revestimento e pelos vazios intergranulares da base, chega às camadas inferiores. Por estas outras trincas infiltra-se mais água que vai contribuir para uma possível saturação da base e das camadas inferiores. 3.2.4 Oxidação do Ligante do Revetimento e sua evolução para “panelas” No caso de bases granulares, de forma similar às de solo cimento, especialmente aquelas revestidas de tratamentos superficiais invertidos, depois de algum tempo de uso ocorre o fenômeno da “formação de panelas” no revestimento devido ao desgaste em função da oxidação do ligante. A diferença é que a quantidade de água que entra na base Granular, (de alta permeabilidade) e chega à camada inferior é, comparativamente, muito maior do que no caso da base de SC (baixa permeabilidade). Quando o revestimento é de CBUQ, também pode ocorrer a formação de “panelas”; porém o inicio das mesmas se dá nas trincas do revestimento, nos pontos onde ocorre intensa oxidação, o que propicia o desprendimento de fragmentos. A evolução das panelas em bases granulares geralmente são muito mais rápida. 3.2.5 Fenômeno do “Bombeamento” Em alguns pavimentos com: revestimento trincado; base granular não coesiva e; camada inferior, à base, de baixa permeabilidade (não drenante) e constituída de solo argiloso; após a saturação da base e de parte da camada inferior, pode ocorrer o fenômeno do bombeamento pela pressão hidrostática agindo sobre a água existente no corpo da base. Quando o pavimento é submetido a tráfego intenso e pesado em períodos chuvosos, a expulsão da água existente carreia material, para a parte superior da base, pelos interstícios dos grãos. Este material, constituído por parte dos finos provenientes do agregado (material claro) e parte do solo argiloso da camada inferior (material vermelho), sobe, pelas trincas do revestimento, para a superfície, que fica manchada de vermelho. Após chuvas de alta intensidade é comum a visualização de poças de água avermelhada nas laterais das trincas no revestimento. A figura 9 mostra o Fenômeno da ação da água livre em estruturas de pavimentos com revestimento de CBUQ e base granular saturada, sob carregamento dinâmico. No caso de tratamento superficial invertido, este fenômeno também ocorre; entretanto a saturação da base se dá, em especial, pela água infiltrada através das “panelas” e, também, pela água que infiltra pelas trincas do revestimento. A figura 10, ilustra o fenômeno de bombeamento em avenidas da cidade de São Paulo.


Figura 9 – Fenômeno do bombeamento da água livre sob pressão hidrostática, devida ao carregamento dinâmico, em estruturas de pavimentos com base granular.

Figura 10 - Aspectos de pavimentos com bombeamento do solo vermelho da camada inferior da base Granular.

Deve-se observar que, como a parte superior da camada inferior acha-se também saturada, as cargas do tráfego forçam a penetração de grãos maiores, da base, na parte amolecida; como conseqüência, ocorre sub-penetração da argila de alta plasticidade da camada inferior, nos interstícios dos grãos inferiores da base, causando diminuição na sua resistência. Esta argila também é bombeada para a superfície, junto com os finos da base, através das trincas no revestimento.

Cabe ressaltar que o bombeamento, tanto na base Granular como na base de Solo-Cimento, somente acontece quando existe pressão hidrostática. A diferença é que, na Granular o fenômeno ocorre após a saturação da base e o material é carreado através dos interstícios dos grãos, enquanto no Solo-Cimento, o mesmo ocorre após a saturação das trincas (e de parte da superfície da camada de apoio) e o material é carreado através das trincas existentes na estrutura. Entretanto, o aspecto visual de ambos é o mesmo, pois atingem a superfície pelas trincas no revestimento.


3.3 Processo Final da Deterioração Uma base granular não coesiva, ao longo da sua vida útil, é submetida à ação combinada dos fatores (ou parte deles) descritos no sub-item 3.2, observando-se que os três primeiros levam ao trincamento do revestimento e o quarto à perda de material pétreo do mesmo. Além disso, conforme descrito no item trincamento do revestimento por desestabilização da base, o funcionamento da base causa uma abrasão, com produção de finos, que acelera o crescimento dos vazios na camada. Este problema, bastante preocupante, mostra a importância da utilização de Ensaios de Abrasão de agregados (como, por exemplo, o da Abrasão Los Angeles), para o estabelecimento de um valor limite, para a abrasão entre os grãos, na aceitação das bases Granulares.

Com o tempo, o trincamento crescente do revestimento passa a permitir a infiltração de quantidades cada vez maiores de água para a interface e para a base, atingindo quantidades suficientes para, conjuntamente com o crescimento dos vazios, desencadear os seguintes processos progressivamente:

- Enquanto a base ainda não está saturada a água funciona como um lubrificante entre os grãos maiores, diminuindo o atrito entre eles e provocando uma queda na resistência da camada às deformações, caracterizada por um aumento substancial na deflexão da mesma e pela diminuição do raio de curvatura das “bacias”. - A queda na resistência da base facilita a ocorrência das deformações e, eventualmente em alguns pontos, acelera a evolução das fissurações no revestimento, para trincamento, e o surgimento de novas fissuras, resultando na entrada de mais água. Em revestimentos intensamente trincados a infiltração no pavimento pode atingir 70 % do volume precipitado, quando da ocorrência de chuvas de pequena intensidade. - O aumento do volume da água infiltrada inicia um processo de saturação, na interface base-camada inferior, amolecendo-a; a seguir é acelerada a saturação, de baixo para cima, da camada da base, até sua superfície. Saturada a base, sob a ação das cargas do tráfego, estabelece-se uma pressão hidrostática no sistema. Nesta situação crítica ocorre, com grande intensidade:

- aumento da quantidade de finos, na parte superior da base, podendo ocorrer o bombeamento dos mesmos, pelas trincas do revestimento, para a superfície; - descolamento da interface em alguns locais, pelo excesso de umidade e/ou pela água livre que é pressionada pelo tráfego (figura 9); isto causa retrincamento do revestimento e, muitas vezes, desprendimento de partes do mesmo; - formação de “panelas” (com o arrancamento de material pétreo constituinte da própria base) e evolução rápida do seu tamanho; - queda, ainda maior, na resistência da base (pelo aumento na sua deflexão) chegando, em alguns pontos, à ruptura da mesma, caracterizada por elevada deformação nas rodeiras e levantamento da camada, com expulsão de material pelas laterais. Quando 20 a 25% da área acha-se nestas condições, pode-se afirmar que a base está estruturalmente comprometida.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

No estado de São Paulo, existe ampla experiência acumulada na implantação e recuperação de pavimentos tanto com base de solo cimento, como granulares não coesivas. As recuperações das bases de solo cimento freqüentemente geram grande discussão nos meios técnicos quanto à solução mais adequada, em função da discrepância que existe entre as diretrizes estabelecidas pelos órgãos rodoviários nacionais, que invariavelmente levam a recuperações mais onerosas e as experiências implantadas com sucesso principalmente pelo DER-SP. Quanto às bases granulares existe um maior consenso, geralmente todas as soluções são muito similares. Este trabalho apresentou uma analise do comportamento estrutural dos dois tipos de base destacando as peculiaridades de cada um, bem como os processos de deterioração, com o objetivo de fornecer mais dados para o início de discussões nesta área e permitir um aprimoramento e busca de soluções mais adequadas técnica e economicamente. Foram apresentadas também diretrizes para recuperação de pavimentos com base de solo cimento rotineiramente adotadas pelo DER-SP.

BIBLIOGRAFIA 1- Yoder.E.J ; Witczak . M .W (1975) ; Principles of Pavement Design ; 2°Edition ;John Wiley e Sons,inc. 2- Croney . D ;(1977) ; The Design and Performance of ROAD Pavements ; Departament of the Environmet ;

Departament of Transport. 3- Departamento de Estradas e Rodagens do Estado de São Paulo;(1991);Manual de Normas Pavimentação ;

DER-SP. 4- Villibor.F.D, Nogami .J.S ; (1995); Pavimentação de Baixo Custo com Solos Lateríticos; Ed. Villibor. 5- Departamento Nacional de Estradas e Rodagem;DNER –ES 303/97 – Pavimentação –Base de Solo cimento.


36.a reuniÃo anual de pavimentaÇÃo – 36.ª rapv · em especial a deterioração das bases de...

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