análise comparativa de metodologias para avaliação das...

Joo Andr Custdio Tangarrinha

Anlise comparativa de metodologias

para avaliao das condies de fundao

de pavimentos rodovirios

Dissertao para obteno do Grau de Mestre em

Engenharia Civil Perfil de Construo

Orientador: Mestre Lus Manuel Trindade Quaresma

Jri:

Presidente: Prof. Doutor Daniel Aelenei Vogal: Prof. Doutora Simona Fontul

Vogal: Mestre Lus Manuel Trindade Quaresma

Dezembro 2011

Copyright Joo Andr Custdio Tangarrinha, da FCT/UNL e da UNL

A Faculdade de Cincias e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa tm o direito,

perptuo e sem limites geogrficos, de arquivar e publicar esta dissertao atravs de exemplares

impressos reproduzidos em papel ou de forma digital, ou por qualquer outro meio conhecido ou que

venha a ser inventado, e de a divulgar atravs de repositrios cientficos e de admitir a sua cpia e

distribuio com objectivos educacionais ou de investigao, no comerciais, desde que seja dado

crdito ao autor e editor.

Agradecimentos

Em primeiro lugar queria agradecer ao Professor Luis Quaresma por todo o apoio,

disponibilidade, conhecimentos transmitidos, indispensveis para a realizao deste trabalho.

A todos os meus colegas que, directa ou indirectamente, contriburam para a realizao deste

trabalho e para a minha formao acadmica.

Ao Luis Barro pela ajuda e companheirismo, importante para a realizao deste trabalho.

minha famlia, pelo apoio demonstrado ao longo do meu curso e por terem contribudo para

a minha formao e educao ao longo de toda a minha vida.

Ana pela companhia, preocupao, motivao transmitidos durante a realizao deste

trabalho e noutros momentos.

I

Resumo

As caractersticas da fundao so essenciais para o bom comportamento do pavimento, para a

circulao efectuada em fase de obra e para impedir a ascenso da gua por capilaridade, quer a curto

quer a longo prazo.

O objectivo do presente trabalho apresentar propostas para melhorar os procedimentos para

classificao de plataformas de fundao de pavimentos.

Estas propostas incidem sobre a tradicional forma de classificar plataformas com base em

tabelas, que em Portugal corresponde ao Manual de concepo de pavimentos para a rede rodoviria

nacional da JAE (1995).

Foi tambm analisado uma tendncia mais recente de classificao de plataformas com base

em ensaios de carga realizados em fase de obra. Apresentam-se sugestes para uma metodologia

baseada neste tipo de procedimento. Os ensaios de carga analisados foram o FWD e o ECP.

Palavras Chaves: Plataforma, Fundao de pavimentos, ECP, FWD, Mdulo de defomabilidade

III

Abstract

The characteristics of the foundation are essential both for an adequate behavior of road

pavements and trafficability in the construction stage. The prevention of soil suction is another

important factor.

The aim of the present work is to prepare proposals to improve the procedures for classifying

platforms corresponding to pavement foundation.

These proposals focus on the traditional way of classifying platforms based on tables, in

Portugal included in the Manual de concepo de pavimentos para a rede rodoviria nacional of JAE

(1995).

The more recent procedures to classify platforms based on load tests performed at the

construction phase are evaluated and suggestions for a methodology to classify platforms based on this

type of tests are made. Those load tests are PLT and FWD.

Key Words: Platform, Pavement foundation, PLT, FWD, Deformability modulus

V

ndice

1. Introduo ............................................................................................................................ 1

1.1. Enquadramento do trabalho ......................................................................................... 1

1.2. Organizao da dissertao .......................................................................................... 1

2. Terraplenagem ..................................................................................................................... 3

2.1. Componentes dos trabalhos de terraplenagem ............................................................. 3

2.1.1. Escavao ............................................................................................................... 4

2.1.2. Aterro ..................................................................................................................... 5

2.1.3. Particularidade das infra-estruturas de transporte lineares gesto de materiais .. 7

3. Propriedades Tenso-Deformao do solo ........................................................................ 10

3.1. Caractersticas de deformabilidade ............................................................................ 10

3.2. Comportamento reversvel ......................................................................................... 12

3.3. Mdulo de reaco ..................................................................................................... 14

3.4. Avaliao indirecta pelo CBR ................................................................................... 16

3.4.1. Ensaio ................................................................................................................... 17

3.4.2. Correspondncia entre tipos de solo e classes de CBR ........................................ 18

3.4.3. Relao entre CBR e mdulo de deformabilidade ............................................... 22

3.4.4. Efeito da gua no CBR ......................................................................................... 23

3.4.5. Efeito da compactao e da embebio ............................................................... 25

4. Propriedades do solo-cimento ............................................................................................ 28

4.1. Composio e aplicao ............................................................................................. 28

4.2. Resistncia Mecnica ................................................................................................. 29

4.3. Influncia do estado de compacidade ........................................................................ 32

4.4. Influncia do tempo de cura ....................................................................................... 33

4.5. Fadiga ........................................................................................................................ 33

5. Avaliao das propriedades tenso-deformao com base em ensaios de carga ............... 36

5.1. O que um ensaio de carga ....................................................................................... 36

5.2. Placa perfeitamente flexvel ....................................................................................... 36

5.3. Placa perfeitamente rgida.......................................................................................... 38

VI

5.4. Placa perfeitamente flexvel para um sistema de duas camadas ................................ 39

5.5. Placa perfeitamente flexvel sobre sistema multi-camadas, retro-anlise .................. 43

5.6. Equipamentos de ensaios de carga mais utilizados e os seus procedimentos ............ 44

5.6.1. Ensaio de carga com placa (ECP) ........................................................................ 44

5.6.2. Deflectmetro de impacto (FWD) ....................................................................... 46

6. Classificao de plataformas.............................................................................................. 48

6.1. Considerao das condies de fundao no dimensionamento de pavimentos ........ 48

6.2. Previso das condies de fundao com base em tabelas ........................................ 49

6.2.1. Modelo Francs .................................................................................................... 50

6.2.2. Modelo Portugus ................................................................................................ 54

6.2.3. Modelo Espanhol ................................................................................................. 56

6.2.4. Aspectos utilizados nas metodologias Espanhola e Francesa, a incorporar na

metodologia Portuguesa ...................................................................................... 58

6.3. Avaliao das condies de fundao com base em ensaios de carga ....................... 60

6.3.1. Introduo ............................................................................................................ 60

6.3.2. Nvel de tenso ..................................................................................................... 60

6.3.3. Avaliao da influncia das cargas no solo com a profundidade ......................... 61

6.3.4. Trechos homogneos............................................................................................ 71

6.3.5. Influncia da presena de gua nos solos da fundao ........................................ 73

6.3.6. Tempo de carga .................................................................................................... 73

6.3.7. Sugestes para uma metodologia baseada em ensaios de carga .......................... 74

7. Consideraes finais e desenvolvimentos futuros ............................................................. 76

7.1. Consideraes finais .................................................................................................. 76

7.2. Recomendaes futuras ............................................................................................. 76

8. Bibliografia ........................................................................................................................ 78

VII

ndice de Tabelas

Tabela 3.1. - Valores de coeficiente de Poisson para solos e rocha...........................................12

Tabela 3.2 - Classificao de solos quanto ao seu CBR, segundo o modelo Portugus............19

Tabela 3.3 - Correspondncia entre as classes de solo e o correspondente CBR e Ev2, segundo

o modelo Francs..................................................................................................20

Tabela 3.4 - Correspondncia entre o tipo de solo e o respectivo CBR, segundo o modelo

Francs..................................................................................................................21

Tabela 3.5 - Comparao entre as classes S e o CBR................................................................22

Tabela 3.6 - Resistncia estimada de solos de estrada na proximidade do nvel fretico..........24

Tabela 3.7 - Influncia do teor de gua na resistncia do solo..................................................24

Tabela 3.8 - Mdulos de deformabilidade (MPa) de camadas de base e sub-base em funo do

estado de tenso (MPa).....................................................................................25

Tabela 3.9 - Resultados de ensaios CBR para diferentes energias de compactao..................26

Tabela 3.10 - CBR mnimo para a parte superior do aterro, a curto e longo prazo...................27

Tabela 5.1 - Coeficiente Fw obtido para os diversos casos........................................................42

Tabela 6.1 - Critrios para definir a classe de plataforma.........................................................53

Tabela 6.2- Classes de fundao................................................................................................54

Tabela 6.3 - Camada de leito em materiais tratados com ligantes hidrulicos..........................56

Tabela 6.4- Constituio de plataformas segundo o modelo espanhol......................................57

Tabela 6.5 - Correspondncia entre as classes de solo e classes de CBR..................................58

Tabela 6.6 - Relao entre 1, 2 e 3 impacto para o ECP........................................................61

IX

ndice de Figuras

Figura 2.1- Perfil Transversal da terraplenagem, localizao do leito de pavimento num perfil

misto (Mira Fernandes, 1997) ............................................................................................. 4

Figura 2.2 - Constituio de um aterro (Mira Fernandes, 1997) .............................................................. 6

Figura 2.3 - Diagrama de Bruckner (Abraham, et al, 2000) .................................................................... 8

Figura 2.4 - Curva de Bruckner (Abraham, e tal, 2000) .......................................................................... 9

Figura 3.1 - Ciclo de carga-descarga aps elevado nmero de cargas aplicadas (Quaresma, 1985) ..... 10

Figura 3.2 - Evoluo da extenso com a aplicao de vrios ciclos carga-descarga (Quaresma,

1985) ................................................................................................................................. 13

Figura 3.3 - Extenso com parte reversvel e parte permanente devido a cargas repetidas

(Quaresma, 1985) .............................................................................................................. 14

Figura 3.4 - Provete que entra em rotura (Quaresma, 1985).................................................................. 14

Figura 3.5 - Relao entre carga, deformao e modulo de reaco do solo ......................................... 15

Figura 3.6 - Curvas de dimensionamento de pavimentos pelo mtodo CBR (Quaresma, 1985) .......... 16

Figura 3.7 - Realizao de ensaio CBR in situ ...................................................................................... 18

Figura 3.8 - Mdulo de deformabilidade obtido atravs da frmula de Powel, W.D. et al,

comparado com a frmula de Brown, e tal. ...................................................................... 23

Figura 3.9 - Ensaio CBR com diferentes valores de teor em gua ........................................................ 27

Figura 4.1 - Ensaio compresso simples (Pereira, 2003) ....................................................................... 29

Figura 4.2 - Ensaio de resistncia traco por compresso diametral (Pereira, 2003) ........................ 30

Figura 4.3 - Ensaio de flexo (Pereira, 2003) ........................................................................................ 30

Figura 4.4 - Esquema referente aos vrios esforos induzidos pelos vrios ensaios (Quaresma,

1985) ................................................................................................................................. 31

Figura 4.5 - Valores de Modulo de deformabilidade e Resistncia traco para diversos

materiais, e obtidos atravs de ensaios diversos (Quaresma, 1985) .................................. 31

Figura 4.6 - Resistncia da mistura de solo-cimento ao longo do tempo (Rodrigues, 2009) ................ 33

Figura 4.7 - Representao esquemtica da fadiga em camadas ligadas com cimento (Quaresma,

1985) ................................................................................................................................. 34

Figura 5.1 - Placa totalmente flexvel, solo arenoso (Rossignolo et al, 2009) ...................................... 36

Figura 5.2 - Placa totalmente flexvel, solo argiloso (Rossignolo et al, 2009) ...................................... 37

Figura 5.3 - Placa totalmente rgida, solo arenoso (Rossignolo et al, 2009) ......................................... 38

Figura 5.4 - Placa totalmente rigida, solo argiloso (Rossignolo et al, 2009) ......................................... 39

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X

Figura 5.5 - Valores de influncia para teoria de duas camadas (Burmister, 1943) .............................. 40

Figura 5.6 - Bolbos de influncia de placas de dimetro diferentes, quando sujeitas a

carregamento ..................................................................................................................... 41

Figura 5.7 Bolbos de influncia de sistema de solo composto por duas camadas e solo

homogneo ........................................................................................................................ 41

Figura 5.8 - Resultado da aplicao da teoria de Burmister, para 2 camadas, utilizando 2 placas ........ 42

Figura 5.9 - Bacia de influncia resultante da aplicao de uma carga com FWD (CPRengenharia,

2011) ................................................................................................................................. 43

Figura 5.10 - Dispositivo de ensaio de carga ......................................................................................... 45

Figura 5.11 - Dynatest Model 800 (FWD) (Nazzal, 2003) .................................................................... 46

Figura 5.12 - Representao esquemtica da placa de carga e geofones ............................................... 47

Figura 6.1 - Regras de classificao de solos (SCETAUROUTE,1998) ............................................... 52

Figura 6.2 - Abaco de determinao da zona de resistncia traco para solos tratados

(SCETAUROUTE, 1994) ................................................................................................. 59

Figura 6.4 - Representao esquemtica do perfil utilizado para este clculo, para uma plataforma

F3, e uma classe de trfego T6. ......................................................................................... 62

Figura 6.5 - Percentagem de tenso presente no solo em relao aplicada inicialmente, no topo

da camada de base, profundidade de 0,10 metros, para classe de trfego T6. ................ 62


da camada de sub-base, profundidade de 0,30 metros, para classe de trfego T6. ......... 63

Figura 6.7 - Percentagem de tenso presente no solo em relao aplicada inicialmente,no topo da

fundao, profundidade de 0,50 metros, para classe de trfego T6. ............................... 63

Figura 6.8 - Percentagem de tenso presente no solo em relao aplicada inicialmente,

profundidade de 0,80 metros, para classe de trfego T6. .................................................. 64


profundidade de 1 metro, para classe de trfego T6. ......................................................... 64


profundidade de 1,2 metros, para classe de trfego T6. .................................................... 65



Figura 6.12 - Representao esquemtica do perfil utilizado para este clculo, para uma

plataforma F3, e uma classe de trfego T2. ....................................................................... 66


da camada de base, profundidade de 0,24 metros, para classe de trfego T2. ................ 66


da camada de sub-base, profundidade de 0,44 metros, para classe de trfego T2. ......... 67


da fundao, profundidade de 0,64 metros, para classe de trfego T2. .......................... 67

XI




profundidade de 1 metro, para classe de trfego T2. ......................................................... 68





Figura 6.20 - Variao da percentagem de presso no solo com a profundidade, para o 1 caso .......... 70

Figura 6.21 - Variao da percentagem de presso no solo com a profundidade, para o 2 caso .......... 70

Figura 6.22 - Deflexo no centro da placa e a 120cm do centro da placa, obtido atravs de FWD ...... 72

Figura 6.23 - Valor acumulado da diferena entre a deflexo e a deflexo mdia ................................ 72

XIII

Lista de abreviaturas

CBR ndice de suporte California California Bearing Ratio

E- Mdulo de deformabilidade

Ev2- Valor do mdulo de deformabilidade obtido no segundo ciclo do ensaio de carga com

placa

FWD- Deflectmetro de impacto, Falling Weight Deflectometer

ECP- Ensaio de carga com placa

PSA- Parte superior do aterro

1

1. Introduo

1.1. Enquadramento do trabalho

Nos ltimos anos tem-se dado relevo a uma correcta seleco de materiais, de forma a que os

materiais de melhores caractersticas sejam colocados em parte superior do aterro e leito de

pavimento. Esta necessidade de colocar os solos melhores nestas camadas prende-se com o facto de as

cargas serem relevantes at uma profundidade de um metro, o que em aterro corresponde a PSA e leito

de pavimento (JAE, 1995).

Por outro lado, as condicionantes a ter em conta na altura de definir o traado conduzem

necessidade de atravessar terrenos de pior qualidade, o que leva ao recurso a solues que evitem

comportamentos indesejados. Para evitar estes comportamentos necessrio por vezes recorrer ao

tratamento dos solos com cal e/ou cimento.

Tradicionalmente classificam-se plataformas com base em documentos normativos, baseados

em tabelas. Este trabalho compara o documento de referncia portugus, o Manual de concepo de

pavimentos para a rede rodoviria nacional (JAE, 1995) com documentos de referncia em Espanha e

Frana. Da anlise efectuada resultaram algumas sugestes para aperfeioar a verso actual do referido

manual.

Tem sido tendncia recente a utilizao de ensaios de carga para avaliar as condies de

execuo dos pavimentos em obra, sendo os ensaios mais utilizados o deflectmetro de impacto

(FWD) e o ensaio de carga com placa (ECP). As metodologias de avaliao de pavimentos baseadas

nestes ensaios no esto bem definidas, pelo que foram feitas algumas reflexes sobre a metodologia a

implementar, com base em ensaios de carga.

1.2. Organizao da dissertao

Optou-se por organizar esta dissertao em 8 captulos, da seguinte forma:

No primeiro captulo faz-se uma introduo aos temos a abordar.

No segundo captulo descrevem-se os constituintes da estrutura da plataforma.

No terceiro captulo abordam-se as caractersticas mecnicas do solo, incluindo os aspectos de

deformaes permanentes e reversveis. Incluem-se tambm a avaliao indirecta.

2

No quarto captulo abordam-se as propriedades de solos tratados ou melhorados com cimento.

Tendo em conta avaliar o comportamento tenso-deformao atravs da utilizao de ensaios

de carga, descreve-se a execuo e interpretao destes ensaios. Estes aspectos so abordados no

quinto captulo.

O sexto captulo estuda vrias formas de classificao de plataformas, os manuais portugus,

espanhol, francs e apresenta algumas sugestes que poderiam ser implementadas no manual

portugus para o tornar mais completo e actualizado. Aborda tambm outra forma de classificao de

plataformas, atravs de ensaios de carga e prope um mtodo de avaliao das caractersticas da

plataforma, baseado naquele tipo de ensaio.

Reservou-se o stimo captulo para apresentar as concluses finais e sugestes para

desenvolvimentos futuros e o captulo final para incluir as referncias bibliogrficas utilizadas para a

elaborao deste trabalho.

3

2. Terraplenagem

2.1. Componentes dos trabalhos de terraplenagem

Os trabalhos iniciam com a preparao do terreno, sendo em primeiro lugar executada a

desmatao, no qual se inclui o derrube de rvores, remoo de arbustos, remoo das razes de

ambos, limpeza do terreno, carregamento e transporte dos materiais removidos. Em seguida, e caso

necessrio, procede-se demolio de construes existentes na zona de trabalhos. Posteriormente,

procede-se decapagem na linha de terra vegetal com a espessura mdia definida no projecto e a sua

colocao em depsito ou vazadouro, o objectivo desta fase garantir a necessria preparao das

fundaes dos aterros e salvaguardar toda a terra vegetal para posteriormente reutilizar no

revestimento de taludes ou em aplicaes previstas no estudo paisagstico. Aps isto, procede-se

preparao da plataforma para a execuo dos aterros, com o objectivo de garantir uma fundao

regular e estvel, para garantir condies de suporte adequadas para a compactao da primeira

camada do corpo do aterro e a ligao desta primeira camada ao terreno natural.

No mbito deste trabalho tem especial relevncia referir a camada de leito de pavimento que

faz a separao entre o pavimento e a restante terraplanagem com os terrenos restantes subjacentes. O

objectivo desta separao, que passem as menores deformaes provocadas pelo solo ao pavimento,

e em sentido inverso distribuir as cargas do pavimento pelo solo adjacente. Desta forma procura-se

que a camada de leito de pavimento tenha um maior mdulo de deformabilidade possvel, de forma a

ser o mais rgida possvel, para por um lado ter deformaes menores e por outro lado para melhor

distribuir as cargas do pavimento sobre o solo adjacente. Uma maior rigidez do leito de pavimento

distribui as cargas por uma rea maior, desta forma a presso actuante sobre o solo inferior, do que

num leito mais flexvel, pois as cargas teriam um efeito mais pontual para este caso.

4

E s c a v a oA t e r r o

F u n d a o d o

p a v i m e n t o

L e i t o d o

p a v i m e n t o

Figura 2.1- Perfil Transversal da terraplenagem, localizao do leito de pavimento num perfil misto (Mira

Fernandes, 1997)

2.1.1. Escavao

As escavaes so locais mais baixos que o local anterior interveno humana, pelo que

natural que sejam locais de maior propenso passagem de gua, assim devem assegurar um

escoamento bastante eficaz das guas superficiais.

Quando se executa uma escavao no se deve ultrapassar as cotas mnimas previstas em

projecto, mas caso isto acontea, deve ser utilizado material com as caractersticas de leito de

pavimento para repor os nveis previstos.

Ao realizar a escavao tem que se ter em conta as caractersticas do material a ser escavado e

se este tem caractersticas apropriadas zona que constitui o leito de pavimento. Assim, se tivermos a

escavar um solo com caractersticas para leito de pavimento, deve ser efectuada uma escarificao de

cerca de 30 cm segundo JAE (1995), e em seguida a regularizao e compactao, de forma a obter as

caractersticas necessrias, tais como inclinao transversal, a regularidade e compactao pretendida.

Para o caso de os solos abaixo da camada de pavimento no sejam apropriados para a fundao do

pavimento, deve-se proceder substituio deste solo por materiais com caractersticas de leito de

5

pavimento, e executar a sua compactao, at atingir a compactao pretendida (Mira Fernandes,

1997). Em alternativa pode-se optar pelo tratamento dos solos, com cimento ou cal, de forma a atingir

as caractersticas necessrias.

Para o caso da escavao ser efectuada em rocha, dever limpar-se a plataforma e colocar

materiais britados com uma espessura mnima de 15 cm, como leito de pavimento (JAE, 1995).

Um cuidado importante a escolha do processo de escavao, podendo adoptar-se uma

escavao por camadas ou uma escavao frontal, sendo esta ltima soluo que menos expes os

materiais s condies atmosfricas (humedecimento em perodos de pluviosidade e secagem em

perodos de insolao). Alguns elementos devido sua grande dimenso, precisam de ser

fragmentados ou eliminados. O teor em gua de colocao dos solos deve ser o mais prximo possvel

do teor ptimo obtido no ensaio de compactao. Quando o material chegue ao aterro com um teor em

gua fora destes limites poder actuar-se no sentido de modificar o seu estado hdrico, aumentando ou

diminuindo o teor em gua.

2.1.2. Aterro

O projectista deve especificar quais os materiais a ser utilizados em aterro, em projecto, bem

como a forma a ser colocados e compactados. As exigncias so diferentes consoante o local onde so

colocados. Os materiais a ser colocados em leito de pavimento so muito mais exigentes do que os

colocados abaixo.

Normalmente os materiais utilizados, so provenientes de escavaes a realizar ao longo do

traado, tentando aproveitar ao mximo os materiais existentes na obra. Para os materiais do leito de

pavimento, se os existentes no tiverem as caractersticas necessrias, pode-se recorrer a materiais

existentes nas proximidades, ou tratar os materiais existentes, com cimento ou cal.

Os materiais escavados para poderem ser reutilizados tm que estar em determinadas

condies. No caso de um aterro, os materiais vo ser compactados, logo isto tem que ocorrer de

forma controlada. Dois factores com grande importncia a natureza do solo e o seu teor em gua, por

isso, necessrio recorrer a certas medidas para tornar estes materiais mais apropriados sua

colocao nos aterros. Algumas formas de obter um teor mais desejvel podem ser atravs da

colocao em depsito provisrio com o objectivo de expor o solo s condies atmosfricas

existentes pode visar a reduo ou o aumento do teor em gua, pode tambm ser o espalhamento que

permite por arejamento e exposio solar reduzir a humidade em excesso, caso as condies

atmosfricas o favoream. Para facilitar esta secagem podem remexer-se os solos com grades de disco

6

ou motoniveladora. A rega pode visar manter o teor em gua (compensando o efeito de evaporao

intensa) ou, por outro lado, alterar o estado hdrico do material. Esta segunda operao bastante

delicada pois deve exigir uma rega abundante e um remeximento simultneo para que a gua penetre

no material. A operao pode ser simplificada se for efectuada a rega no depsito ou na escavao. A

proteco dos materiais durante o transporte de forma a no alterar o teor em gua bastante

importante. Uma outra soluo pode ser ainda o tratamento com cal, pois permite reduzir o teor em

gua e reduzir a argilosidade de solos finos, ou um tratamento com ligante hidrulico, em geral

cimento (Mira Fernandes, 1997).

Os aterros podem ser diferenciados em seis zonas, que podem ser observadas durante a sua

execuo. Sendo essas seis zonas a fundao do aterro, parte inferior do aterro (PIA), corpo ou ncleo

do aterro, parte superior do aterro (PSA), leito do pavimento e espaldar do aterro.

A fundao do aterro o terreno sobre o qual se constri o aterro. A Parte inferior do Aterro

(PIA) a parte do aterro que assenta sobre a fundao, normalmente constituda pelas duas primeiras

camadas do aterro. O corpo ou ncleo do aterro a parte do aterro que fica entre a fundao e a parte

superior do aterro. A parte superior do aterro (PSA) deve ter entre 0,40 e 0,85 metros de espessura

(Mira Fernandes, 1997), sobre esta parte que assenta a camada de leito de pavimento, esta parte

pertence fundao de pavimento. O leito de pavimento a ltima camada do aterro, e tem uma

relevante importncia em garantir boas condies de fundao ao pavimento, no s aps a obra, mas

tambm durante a realizao da obra, garantindo que seja possvel o trfico na fase de obra e uma boa

compactao da primeira camada de pavimento. Espaldar do aterro a zona de aterro que inclui os

taludes e compreendida entre a superfcie e uma faixa de no mnimo 4 metros, tendo por vezes uma

funo de macio estabilizador (Mira Fernandes, 1997).

L e i t o d o p a v i m e n t o

P S A

E s p a l d a r

C o r p o

F u n d a o d o

a t e r r o

F u n d a o d o

p a v i m e n t o

P I A

Figura 2.2 - Constituio de um aterro (Mira Fernandes, 1997)

7

Nas vrias zonas do aterro h que ter cuidados especiais com os materiais a ser utilizados. Na

parte inferior do aterro e espaldar, devemos evitar a utilizao de finos (material que passa no peneiro

n200 ASTM, ou material que passa no peneiro < 0,063 mm, segundo a EN 933-1:2000), por norma

no deve exceder os 15%. Deve ser evitado a utilizao de solos muito erodveis na zona dos

espaldares. Deve ser garantida a necessria resistncia ao corte, na base do aterro. No caso de se optar

por utilizar enrocamento, devem ser utilizados materiais pouco sensveis gua e no devem ser

utilizados materiais provenientes de rochas argilosas ou fragmentveis e degradveis.

No corpo do aterro, de evitar a utilizao de materiais com matria orgnica ou muito

argilosos, evitar tambm o recurso a tcnicas do tipo sandwich de modo a garantir um comportamento

uniforme e contnuo do aterro. No caso de se recorrer a material rochoso, dever ser reduzida

dimenso dos blocos sucessivamente, da base para o topo do corpo do aterro.

Para o leito de pavimento, deve ser tido em conta que os solos a ser utilizados devero

respeitar as seguintes condies: no mximo 15% passar no peneiro n200 (ASTM), limite de liquidez

mximo de 25% e ndice de plasticidade mximo de 6%. Podendo tambm ser utilizados agregados

britados ou no britados e ainda solos tratados (Mira Fernandes, 1997).

2.1.3. Particularidade das infra-estruturas de transporte lineares gesto de

materiais

Para a movimentao de terras h dois estudos fundamentais para o correcto dimensionamento

das equipas de trabalho e a adequada elaborao do cronograma de uma obra, o clculo dos volumes a

movimentar e o clculo das distncias de transporte.

Para obteno dos volumes a movimentar, comea-se por realizar o clculo das reas das

seces. Estas seces, quer de escavao, quer de aterro, encontram-se em macios de terra que quase

sempre so, de forma aproximada, prismas trapezides. Os volumes so inicialmente obtidos,

calculando o volume de cada segmento compreendido entre duas seces transversais consecutivas.

Para isto admite-se que o terreno varia de forma linear entre duas seces consecutivas, o que de certa

forma, para distncias de 20 metros, no gera erros significativos. Os volumes genricos totais dos

cortes e/ou aterros podem ser obtidos pela somatria dos valores calculados entre as suas diversas

seces. Estes volumes podem-se considerar de sinal positivo (+) escavao e negativo (-) aterro. Ao

longo do traado vo-se somando estes volumes, obtendo o volume acumulado nas diferentes

distncias do percurso.

8

Com estes volumes acumulados constri-se o Diagrama de Bruckner, com base numa tabela

de volumes acumulados elaborada aps o clculo das reas das seces transversais e dos volumes

entre as seces prismticas. Primeiro, calcula-se as chamadas ordenadas de Bruckner, as quais

correspondem aos volumes de escavao (+) e aterros (-), acumulados sucessivamente, sendo o

somatrio dos volumes feitos a partir de uma ordenada inicial arbitrria. As ordenadas calculadas so

plotadas, de preferncia sobre uma cpia do perfil longitudinal do projecto. No eixo das abcissas

colocado o avano no percurso da estrada e no eixo das ordenadas, numa escala adequada, os valores

acumulados para as ordenadas de Bruckner (volumes + ou -), seco a seco. Unindo os pontos

marcados, por uma linha curva, formam o Diagrama de Bruckner (Abraham, et al, 2000).

Figura 2.3 - Diagrama de Bruckner (Abraham, et al, 2000)

Analisando o diagrama de Bruckner, podemos observar que um troo ascendente no diagrama,

corresponde a uma escavao, e um troo descendente do diagrama corresponde a um troo de aterro.

A diferena de ordenadas entre dois pontos do diagrama mede o volume de terra entre esses pontos.

Os picos do diagrama correspondem aos pontos de inverso escavao/aterro e o inverso, isto , o

ponto mximo corresponde a uma passagem de escavao para aterro, e o ponto mnimo corresponde a

uma passagem de aterro para escavao.

9

Momento de transporte quando se executa um transporte de solo de uma escavao para um

aterro, as distncias de transporte alteram-se a cada viagem, sendo necessria, portanto, a

determinao de uma distncia mdia de transporte. Pelo diagrama, esta distncia dever ser igual

distncia entre os centros de gravidade dos trechos de escavao e aterro compensados.

O clculo do momento de transporte feito de forma bastante simples, primeiro considera-se

metade da altura da curva e traa-se uma horizontal nesta altura. A distncia mdia de transporte a

distncia entre os pontos de interseco desta recta com o diagrama, medida na escala horizontal do

desenho.

Figura 2.4 - Curva de Bruckner (Abraham, e tal, 2000)

O momento de transporte igual rea da onda de Bruckner, que pode ser estimada pelo

produto da altura da onda (V) pela distncia mdia de transporte (dm), como apresentado na figura

2.4. O momento de transporte total de um troo ser dado pelo somatrio dos troos compensados,

mais os volumes dos troos que no foram reutilizados, mais os troos de emprstimo.

Emprstimo a situao em que o volume de escavao no suficiente para a construo dos

aterros, efectua-se escavao complementar em local escolhido em funo da localizao, da distncia

e da qualidade do solo e transporta-se o material at ao aterro.

H situaes em que o material escavado no reutilizado. Nestes casos em que no serve

para a construo dos aterros, devido falta de qualidade, estamos perante material de refugo, ou

casos em que o volume de terra escavada superior ao necessrio para construo de aterros. Nestes

casos, o excesso de material, ser descartado, sendo transportado e depositado em local conveniente.

10

3. Propriedades tenso-deformao do solo

3.1. Caractersticas de deformabilidade

Admitindo-se um comportamento elstico, tem que se ter em conta duas caractersticas:

mdulo de deformabilidade e coeficiente de Poisson.

O mdulo de deformabilidade a relao entre a tenso aplicada num material e a

deformao, medida sob a forma de extenso. Esta relao corresponde a um comportamento no

linear, uma vez que com o aumento da presso aplicada, o incremento de deformao ser menor.

Este comportamento no linear leva a um comportamento no elstico, como se pode ver na

figura 3.1 a linha de carga e descarga no so coincidentes.

Figura 3.1 - Ciclo de carga-descarga aps elevado nmero de cargas aplicadas (Quaresma, 1985)

Ao longo do tempo houve vrias formas de tentar estimar o valor do mdulo de

deformabilidade, atravs de relaes constitutivas do tipo linear e das camadas granulares de

pavimentos flexveis. A Shell Oil Company, props a seguinte expresso que permite obter o mdulo

11

de deformabilidade de uma camada granular (E1) em funo da sua espessura (h2) em mm, e do

mdulo de deformabilidade (E2) do solo da fundao:

E1=K1. E2 [3.1]

em que K1=0,2.h20,45

[3.2]

O estado de compacidade influenciado pela granulometria, a natureza do material granular e

a forma das partculas. Desta forma, pretende-se atravs da granulometria adequada, obter a mxima

compacidade possvel. Para que isto acontea ser necessrio haver o menor espao livre entre

partculas possvel, organizando os elementos de forma a que, os espaos entre os elementos de

maiores dimenses fique preenchido pelos de menores dimenses, e que os espaos entre estes de

menores dimenses fique preenchido tambm por elementos de ainda menores dimenses, desta forma

sucessivamente at se obter o mnimo espao de vazios possvel. H a ter em conta estes elementos

mais finos, pois em excesso podem ser prejudiciais uma vez que so por norma sensveis gua,

comprometendo o comportamento da camada.

A seguinte expresso relaciona as granulometrias com a compacidade mxima:

p=100.(

)

n [3.3]

em que:

p- material passado no peneiro com malha de dimenso d, em %

D- dimenso mxima do material

n- parmetro que geralmente dever ser igual a 0,5 para se obter uma compacidade mxima

A outra caracterstica referida anteriormente o coeficiente de Poisson que mede a

deformao transversal (em relao direo longitudinal de aplicao da carga) de um material

homogneo e isotrpico.

Os valores do coeficiente de Poisson para materiais elsticos e isotrpos, variam entre 0 e 0,5.

Na tabela 3.1 constam alguns valores de coeficiente de Poisson para vrios materiais.

12

Tabela 3.1 - Valores de coeficiente de Poisson para solos e rocha (Rossignolo et al, 2009)

Tipo de solo Coeficiente de Poisson ()

Argila

Saturada 0,4 a 0,5

No saturada 0,1 a 0,3

Arenosa 0,2 a 0,3

Silte 0,3 a 0,35

Areia

Compacta 0,2 a 0,4

Grossa (espessura=0,4 a 0,7) 0,15

Fina (espessura= 0,4 a 0,7) 0,25

Rocha Depende do tipo 0,1 a 0,4

3.2. Comportamento reversvel

importante ter em conta o facto dos materiais granulares no terem um comportamento

fsico linear. Desta forma ao se utilizar modelos elsticos lineares para representar as suas

caractersticas, uma aproximao ao real comportamento destes materiais.

O comportamento de solos de fundao, e outros materiais, como materiais granulares

utilizados em camadas de sub-base e base dos pavimentos, caracteriza-se por curvas tenso-

deformao que correspondem a relaes no-lineares, o que leva definio de parmetros variveis

para relacionar diferentes valores de tenso com a deformao correspondente (Neves, 2006).

O ensaio triaxial dos ensaios mais adequados para caracterizar o comportamento reversvel

dos solos, pois permite a validao e calibrao de modelos mais ajustados ao comportamento real dos

solos quando colocados na fundao de pavimento.

Quaresma (1985), refere um ensaio realizado com um provete de material granular, submetido

a um ensaio de compresso triaxial dinmico em que se mantm constante a presso de confinamento,

fazendo-se variar a tenso axial (a) em ciclos de carga-descarga sucessivos. Se da realizao deste

ensaio se registar um comportamento semelhante ao da figura 3.2, significa que houve evoluo da

tenso axial a e da extenso axial a durante os vrios ciclos de carga-descarga, sendo que apenas

uma parte da extenso causada recuperada na descarga.

13

Figura 3.2 - Evoluo da extenso com a aplicao de vrios ciclos carga-descarga (Quaresma, 1985)

Com o aumento do nmero de ciclos de carga realizados, vai aumentando a extenso

recuperada em cada ciclo, aproximando-se de constante (fig. 3.3), designando-se por extenso

reversvel. A parte no recuperada em cada ciclo vai-se acumulando, sendo o valor designado por

extenso permanente ap.

Esta anlise foi realizada com base no ensaio representado na curva I da fig. (3.4), que no

atinge a rotura do material.

A rotura surge devido a uma extenso permanente numa situao no estvel, como se verifica

na curva II da fig. (3.4). Se na realizao do ensaio, as solicitaes se mantiverem afastadas da rotura,

ao longo da realizao dos ciclos de carga-descarga, a parcela da extenso no recuperada ser menor

em cada ciclo, sendo que ao fim de um elevado nmero de ciclos poder considerar-se perfeitamente

reversvel (fig. 3.1).

14

Figura 3.3 - Extenso com parte reversvel e parte permanente devido a cargas repetidas (Quaresma,

1985)

Figura 3.4 - Provete que entra em rotura (Quaresma, 1985)

3.3. Mdulo de reaco

O mdulo de reaco uma propriedade necessria para a determinao das caractersticas do

solo abaixo da superfcie de carga.

15

O mdulo de reaco do solo surge atravs de um trabalho realizado por Westergaard, na

dcada de 1920, em que desenvolveu o valor de Ks (mdulo de reaco), como o de uma mola

constante para o modelo de apoio sob a laje.

Figura 3.5 - Relao entre carga, deformao e modulo de reaco do solo

O valor do mdulo de reaco do solo (Ks) determinado atravs da curva carga-deformao:

[3.4]

max Tenso mxima aplicada no carregamento

s Assentamento devido a essa tenso mxima

A placa a ser utilizada para a determinao do mdulo de reaco, ter um dimetro de 762

milmetros, como descrito nas normas ASTM D 1196 ou AASHTO T-222.

O valor de Ks em MPa/m e varia entre valores de 13,5MPa/m para suportes fracos, at 270

MPa/m para suportes fortes. Normalmente o mdulo de reaco calculado a partir de testes de

carga/espessura, os valores podem ser medidos utilizando o ensaio de carga com placa.

16

3.4. Avaliao indirecta pelo CBR

No inicio do sculo XX, havia pouco trfego, e as cargas transportadas eram muito reduzidas,

pelo que as solicitaes a que os pavimentos estavam sujeitas, eram muito baixas. Apesar disto j se

observava que o comportamento de um pavimento que passava por terrenos naturais de pior qualidade

era diferente de outro, com semelhante constituio, mas fundado sobre material granular. Desta forma

surge a necessidade de caracterizar os materiais e de os ter estes em conta na escolha da espessura das

camadas.

Assim surgiram as primeiras formas empricas de dimensionamento de pavimentos, sendo a

mais conhecida, o CBR, que atravs da percentagem de CBR do material, nos d a espessura a aplicar.

Este mtodo foi desenvolvido por Porter, atravs de ensaios realizados pela Diviso de Estradas da

Califrnia entre 1928 e 1929, citado por Quaresma (1985).

F- Carga por roda

Esta relao foi possvel estabelecer devido grande similaridade entre as estruturas de

pavimentos utilizadas, materiais, condies de trfego e condies climticas. Embora esta limitao,

a grande similaridade entre os casos estudados, limita a aplicabilidade deste mtodo.

O nome do ndice CBR, significa California Bearing Ratio que em portugus quer dizer

ndice de suporte Califrnia. Este ndice mede a capacidade de suporte de um solo compactado.

Figura 3.6 - Curvas de dimensionamento de pavimentos pelo mtodo CBR

(Quaresma, 1985)

17

Este um mtodo de ensaio emprico, muito utilizado no meio rodovirio, em todo o mundo.

O seu objectivo determinar o ndice CBR. Este ensaio est descrito na especificao LNEC E

198.

3.4.1. Ensaio

O ensaio CBR utilizado para determinar a espessura necessria de pavimentos flexveis. O

valor de CBR expresso em percentagem, obtido atravs da diviso da fora de penetrao exercida

no pisto com 49 milmetros de dimetro, para que penetre 2,5 milmetros no solo, pela da fora

standard que 1355 kgf. Esta fora de penetrao standard em grosso modo, o que necessrio para

que este mesmo pisto penetre 2,5 milmetros numa massa de rocha britada. O CBR pode ser visto

como uma indicao da fora necessria para que este mesmo pisto penetre em 2,5mm nessa rocha

britada.

Anota-se a fora necessria para fazer penetrar 2,5 milmetros e experime-se em percentagem

da fora necessrias para produzir as mesmas penetraes num material tomando para padro, que so

1355 kgf.

CBR=

[3.5]

de notar que os 1355 kgf que esto no denominador so a fora de penetrao normalizada

para uma penetrao de 2,5 milmetros. Para uma penetrao de 5 milmetros a correspondente fora

de penetrao standard de 2033 kgf. Se o resultado obtido com o ensaio a 5 milmetros for superior

ao obtido com a penetrao de 2,5 milmetros, o teste dever ser repetido, e se o resultado for similar,

o valor obtido na penetrao de 5milmetros dever ser considerado o valor de CBR.

18

Figura 3.7 - Realizao de ensaio CBR in situ (Rocamix)

Este ensaio sensvel textura do solo, quantidade de gua presente e sua compacidade. O

resultado do teste CBR depende tambm da resistncia penetrao do pisto. Portanto, este ensaio

indirectamente estimar a resistncia ao corte do material a ser testado.

3.4.2. Correspondncia entre tipos de solo e classes de CBR

A correspondncia entre os vrios tipos de solos existentes e o CBR, expresso em

percentagem, pode ser encontrada em manuais referentes concepo de pavimentos, como o caso

do Manual de Concepo de Pavimentos para a Rede Rodovia Nacional (JAE, 1995), ou o

Manuel de Conception des plates-formes autoroutires (SCETAUROUTE, 1998), tal como se

apresenta na tabela 3.2.

19

Tabela 3.2 - Classificao de solos quanto ao seu CBR, segundo o modelo Portugus (JAE, 1995)

Classe CBR (%) Tipo de

solo Descrio

S0 < 3

OL Siltes orgnicos e siltes argilosos orgnicos de baixa

plasticidade (1)

OH Argilas orgnicas de plasticidade mdia a elevada;

Siltes orgnicos (2)

CH Argilas inorgnicas de plasticidade elevada;

Argilas gordas. (3)

MH Siltes inorgnicos;

Areias finas micceos;

Siltes micceos. (4)

S1 3 a < 5

OL idem (1)

OH idem (2)

CH idem (3)

MH idem (4)

S2 5 a < 10

CH idem (3)

MH idem (4)

CL

Argilas inorgnicas de plasticidade baixa a mdia;

Argilas com seixo, argilas arenosas, argilas siltosas

e argilas magras.

ML

Siltes inorgnicos e areias muito finas;

Areias finas, siltosas ou argilosas;

Siltes argilosas de baixa plasticidade.

SC Areia argilosa;

Areia argilosa com cascalho. (5)

S3 10 a < 20

SC idem (5)

SM Areia siltosa;

Areia siltosa com cascalho.

SP Areias mal graduadas;

Areias mal graduadas com cascalho.

S4 20

SW Areias bem graduadas;

Areias bem graduadas com cascalho.

GC Cascalho argiloso;

Cascalho argiloso com areia.

GM-u Cascalho siltoso;

Cascalho siltoso com areia. (6)

GP Cascalho mal graduado;

Cascalho mal graduado com areia. (7)

S5 40

GM-u idem (6)

GP idem (7)

GW Cascalho bem graduado;

Cascalho bem graduado com areia.

20

Esta tabela para alm da correspondncia entre o tipo de solo e o valor de CBR, d tambm a

informao de onde possvel a aplicao de cada tipo de solo.

Esta correspondncia apresentada de forma um pouco diferente no manual da

SCETAUROUTE, uma vez que feita em duas tabelas, em que na primeira se faz a correspondncia

entre as classes S e os valores de CBR e os resultados de Ev2, obtidos atravs do 2 ciclo do ensaio de

carga com placa (SCETAUROUTE, 1998).

Tabela 3.3 - Correspondncia entre as classes de solo e o correspondente CBR e Ev2, segundo o modelo

Francs (SCETAUROUTE, 1998)

Resistncia dos

solos de suporte

CBR aps imerso

correspondente Ev2 (MPa)

S0 0 a 3 No se realiza

S1 3 a 6 No se realiza

S12 6 a 10 30 a 50

S2 10 a 20 50 a 80

S23 20 a 30 80 a 120

S3 No representativo 120 a 200

S4 No representativo > 200

Classes Sk, de acordo com a tabela 3.5

A tabela 3.4 mostra a correspondncia dos vrios tipos de solo a classes S, para efeitos de

dimensionamento. Ao utilizar a tabela anterior para fazer correspondncia entre as classes S e os

valores de CBR, obtemos os respectivos intervalos de CBR para cada tipo de solo.

21

Tabela 3.4 - Correspondncia entre o tipo de solo e o respectivo CBR, segundo o modelo Francs

(SCETAUROUTE, 1998)

Resistncia

Solo 0 a 3 3 a 6 6 a 10 10 a 20 20 a 30

A1 XXX

A2 XXX A3 XXX B1 XXX B2 XXX B31 XXX

B32 XXX B4 XXX B5 XXX B6 XXX C1

XXX

C2 XXX

C1B11 XXX C2B11 XXX C1B31 XXX

C2B31 XXX

D1 XXX D2 XXX

D3 XXX

R11 XXX

R12

XXX

R13 XXX R21 XXX

R22 XXX

R23 XXX R31

XXX

R32 XXX

R33

XXX

R34 XXX

R41 XXX

R42 XXX R43

XXX

R61 XXX

R62 XXX

R63 XXX

22

Como se pode observar, as classes Sk correspondem a diferentes valores de CBR entre a

publicao Portuguesa e a publicao Francesa, isto deve-se ao facto de em Frana, existirem classes

intermdias de S, sendo elas S12 e S23, sendo estas correspondentes na publicao portuguesa a S2 e S3,

respectivamente. J em Inglaterra os intervalos so algo diferente, como se pode observar na tabela

abaixo.

Tabela 3.5 - Comparao entre as classes Sk e o CBR

CBR (%) para as seguintes classe de plataforma:

S0 S1 S12 S2 S23 S3 S4 S5 S6

Portugal 0 a 3 3 a 5 - 5 a 10 - 10 a 20 >20 >40 -

Frana 0 a 3 3 a 6 6 a 10 10 a 20 20 a 30 * * - -

Reino Unido - 2 - 3 a 4 - 5 a 7 8 a 14 15 a 29 > 30

* Valores bastante elevados para o qual no foi atribudo um valor especfico de CBR

3.4.3. Relao entre CBR e mdulo de deformabilidade

O valor de CBR, por simplificao de clculos, normalmente convertido em valores de

mdulo de deformabilidade. Estas converses diferem um pouco de autor para autor. Como se pode

ver na tabela 3.5, a SCETAUROUTE atribui valores de mdulo de deformabilidade 4 a 5 vezes

maiores que o valor de CBR, sendo que para valores de CBR at 10 faz corresponder um valor de

mdulo de deformabilidade 5 vezes maiores. J para valores de CBR superiores a 20 faz corresponder

valores de mdulo de deformabilidade 4 vezes maiores.

Brown (1990) props a seguinte equao [3.6], esta tem limites de aplicao para valores de

50MPa, aplicvel a solos compactados com teor de humidade superior ao limite de plasticidade:

[3.6]

Powel, W.D., et al (1984) propuseram a seguinte expresso:

E= 17,6 * (CBR0.64

) [3.7]

23

Ao aplicar esta expresso a vrios valores de CBR, pode-se observar que quanto maior o valor

de CBR, menor ser a relao entre CBR e mdulo de deformabilidade. Esta frmula traduz uma

melhor aproximao da correspondncia do valor de mdulo de deformabilidade e CBR.

Figura 3.8 - Mdulo de deformabilidade obtido atravs da frmula de Powel, W.D. et al, comparado com

a frmula de Brown, e tal.

3.4.4. Efeito da gua no CBR

A gua influencia o nvel de CBR, pois a sua presena faz diminuir o nvel de CBR, ou seja,

quanto maior for a proximidade do solo ao nvel fretico, ou quanto maior for o grau de saturao do

solo, menor ser a percentagem do ndice de CBR daquele solo.

O Transport Research Laboratory do Reino Unido, atravs do Road Note of Overseas 31

(TRL, 1993), apresenta a tabela 3.6, que relaciona a classe de solo com a distncia da superfcie ao

nvel fretico. Pode-se observar na tabela que para uma maior distncia da superfcie ao nvel fretico,

a classe de solo melhor, logo o ndice CBR maior.

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25

Powel

Brown

E (MPa)

CBR %

24

Tabela 3.6 ndice CBR estimado de solos de estrada na proximidade do nvel fretico (TRL, 1993)

Distncia entre o

nvel fretico e o topo

da fundao (m)

CBR (%)

Areia no

plstica

Argila

arenosa

IP=10

Argila

arenosa

IP=20

Argila siltosa

IP=30

Argila gorda

IP>40

0,5 8 a 10 8 a 10 3 a 4 3 a 4 2

1 15 a 29 8 a 10 5 a 7 3 a 4 2

2 15 a 29 15 a 29 8 a 10 5 a 7 3 a 4

3 < 30 15 a 29 8 a 10 5 a 7 3 a 4

IP ndice de plasticidade

O manual da SCETAUROUTE tem uma abordagem um pouco diferente quanto influncia

da gua nas caractersticas do solo. Utilizando o teor em gua do solo como caracterstica para

classificar a influencia da gua no solo. O manual apenas refere a importncia da gua nos solos A e

B, e alguns solos C e D, sendo eles correspondentes a solos finos e argilas ou solos argilosos, ou seja,

solos sensveis gua.

Tabela 3.7 - Influncia do teor de gua na resistncia do solo (SCETAUROUTE, 1998)

Como se pode observar os solos tm classes inferiores de Sk consoante a percentagem de gua

existente, ou seja, valor de CBR inferior na presena de gua, como acontecia na tabela 3.6.

25

Esta necessidade de ter em conta a quantidade de gua em materiais granulares, tambm pode

ser observada na tabela 3.8, que mostra valores obtidos no ensaio AASTHO em funo do estado de

tenso e do teor em gua.

Tabela 3.8 - Mdulos de deformabilidade (MPa) de camadas de base e sub-base em funo do estado de

tenso (MPa) (TRL, 1993)

Camada Teor em gua =0,035 =0,05 =0,07 =0,14 =0,21

Seco 150 - 225 340 430

BASE Intermdio 75 - 110 170 215

Hmido 60 - 90 135 170

SUB- Intermdio 100 125 150 - -

BASE Hmido 85 110 130 - -

- primeiro invariante do tensor de tenses

3.4.5. Efeito da compactao e da embebio

Durante a realizao do ensaio importante ter a compactao e a embebio.

A compactao tem uma elevada importncia, pois quanto maior for, maior ser o CBR a obter para

esse solo, influenciando tambm o teor de gua ptimo daquele solo, como se pode ver na tabela 3.9,

obtido por Lelis (2004), realizados em trs solos diferentes:

26

Tabela 3.9 - Resultados de ensaios CBR para diferentes energias de compactao (Lelis, 2004)

ENSAIOS

Resultados obtidos para os seguintes solos com as energias de compactao:

Proctor Normal Energia intermdia Proctor modificado

LU PVB SP LU PVB SP LU PVB SP

d,max (kN/m3) 13,88 13,53 15,57 14,47 14,48 16,86 15,59 15,47 17,65

Wot (%) 30,73 31,20 20,23 29,02 27,63 15,97 26,53 24,94 14,46

CBR (%) 8 8 8 12 14 14 14 21 18

Expanso CBR (%) 0,18 1,34 1,24 0,91 1,62 1,92 0,15 1,34 1,92 LU- Latossolo Vermelho-Amarelo

PVB- Solo Podzlico Vermelho-Amarelo

SP- Saproltico-Gnaisse

d,max Peso volmico do solo

Wot- teor de gua ptimo do solo

Na tabela 3.9 bastante perceptvel que o CBR aumenta com o nvel de compactao,

chegando a atingir valores superiores ao dobro. Assim essencial uma boa compactao para a

obteno de melhores resultados.

O CBR no se mantm constante ao longo do tempo, vai diminuindo ao longo do tempo.

Assim, importante saber o comportamento do solo a longo prazo e a evoluo das caractersticas

deste a longo prazo. A forma utilizada para prever esse comportamento do solo a longo prazo atravs

da embebio, que simula condies muito desfavorveis ao solo. A embebio consiste em manter

um provete imerso durante 4 dias, em gua. Este ensaio realizado num provete aps embebido 4

dias, representativo de condies bastante desfavorveis e da evoluo ao longo do tempo das

caractersticas do solo. Na figura 3.9 perceptvel essa perda de resistncia ao longo do tempo.

27

Figura 3.9 - Ensaio CBR com diferentes valores de teor em gua (Neves, 2005)

A SCETAUROUTE, no Manuel de conception des chausses dautoroutes (1994), faz

correspondncia entre os valores de CBR e de mdulo de deformabilidade de curto termo ou estaleiro

e os valores a longo prazo.

Tabela 3.10 - CBR mnimo para a parte superior do aterro, a curto e longo prazo (SCETAUROUTE,

1994)

ARi Sk

CBR

imediato

%

CBR

longo

prazo %

AR1 S1 8 4

AR12 S12 8 6

AR2 S2 16 10

AR3 S3 25 25

AR4 S4 40 40

28

AR significa arase e corresponde fundao do leito de pavimento.

4. Propriedades do solo-cimento

4.1. Composio e aplicao

A utilizao de solo-cimento surgiu da necessidade de melhorar as caractersticas de materiais

de m qualidade. As melhorias deste tratamento tm principalmente a ver com o aumento da rigidez e

a reduo da plasticidade. Para conseguir estas melhorias bastar utilizar 3% a 5% de cimento, do peso

total da amostra. Com um teor em cimento superior a 5% e at 15% do peso total, estamos perante

solo-cimento com elevadas caractersticas mecnicas, utilizado frequentemente em camadas base e

sub-base de pavimentos.

A aplicao em obra pode ser feita da seguinte forma, aps escavao e britagem do solo,

seguida da sua colocao em camadas, espalha-se o cimento sobre a camada a tratar, em seguida

procede-se fresagem de forma a misturar o solo e o cimento. Em seguida adiciona-se gua por

asperso, na quantidade que corresponde ao teor de humidade ptimo, de forma a permitir a hidratao

da mistura, que aps compactao pesada, endurece e atinge uma resistncia para que possa cumprir

as suas funes de fundao de leito de pavimento, e com uma durabilidade aceitvel para obras

rodovirias.

A adio de cimento pode tambm ser feita a materiais granulares de elevada granulometria e

de boa qualidade, obtendo-se materiais bastante mais resistentes e rgidos. Esta adio permite-nos

obter agregado de granulometria extensa com cimento e beto pobre. O agregado de granulometria

extensa com cimento diferencia-se do beto pobre pela principalmente pela sua granulometria, uma

vez que este constitudo por materiais grosseiros, brita produzida localmente qual posteriormente

adicionado cimento. O beto pobre por sua vez tem uma granulometria mais homognea. Quaresma

(1985) refere para estes elementos dimenses mximas aconselhveis para os agregados, sendo no

primeiro caso elementos com dimenso mxima de 14 mm ou 20 mm e para o segundo caso de 20 mm

a 32 mm, e uma quantidade de finos (material passado no peneiro #200) de 4 a 11% para o agregado

de granulometria extensa com cimento. e de 0% a 2% para o beto pobre.

29

4.2. Resistncia mecnica

Para caracterizar mecanicamente as misturas com cimento, os ensaios laboratoriais mais

utilizados so: o ensaio de compresso simples, o ensaio de traco simples, o ensaio de flexo e o

ensaio de compresso diametral.

Nos ensaios de compresso simples e de traco simples, as foras actuam nos provetes

segundo o seu eixo. Os provetes para este efeito so por norma cilndricos e normalmente adopta-se

uma relao entre a altura e o dimetro (h/d) igual a 2, e sendo o dimetro 5 vezes superior mxima

dimenso das partculas.

Figura 4.1 - Ensaio compresso simples (Pereira, 2003)

O ensaio de compresso diametral, consiste em aplicar uma fora de compresso uniforme ao

longo das duas geratrizes opostas do provete cilndrico. A rotura dar-se- ao longo do plano que passa

pelas duas geratrizes carregadas.

30

Figura 4.2 - Ensaio de resistncia traco por compresso diametral (Pereira, 2003)

H dois tipos de ensaios de flexo, num utilizam-se vigas de seco rectangular apoiadas sobre

roletes, noutro, consolas com forma de tronco de pirmide com dimenses que tornem possvel que as

tenses normais na zona intermdia sejam constantes. Nestes ensaios h ainda variantes dependendo

da posio dos apoios e das cargas (fig. 4.4). Estes ensaios so uma aproximao ao real

funcionamento das camadas granulares tratadas com cimento.

Figura 4.3 - Ensaio de flexo (Pereira, 2003)

31

Figura 4.4 - Esquema referente aos vrios esforos induzidos pelos vrios ensaios (Quaresma, 1985)

Atravs de resultados de testes diversos podemos ter uma ideia dos valores do mdulo de

deformabilidade e resistncia dos referidos materiais. Como se pode observar na figura 4.5, os valores

de mdulo de deformabilidade obtidos so bastante variados, desde 50 a 100 MPa, at valores a rondar

os 20.000 a 35.000 MPa, variando com a percentagem de cimento e o tipo de material utilizado. Sendo

que as com menor mdulo de deformabilidade sero as com menor presena de cimento e as com

maior mdulo de deformabilidade as com maior quantidade de cimento (Quaresma, 1985).

Figura 4.5 - Valores de Modulo de deformabilidade e Resistncia traco para diversos materiais, e

obtidos atravs de ensaios diversos (Quaresma, 1985)

32

Outro ensaio bastante utilizado nesta rea o ensaio Brasileiro. Este ensaio consiste no

carregamento de provetes de amostras cilndricas, carregados por duas placas rgidas paralelas. A

rotura obtida ao longo do plano vertical, ligando as duas faces carregadas. Este ensaio tem vrias

vantagens, entre elas a facilidade de preparao de amostras, o equipamento a utilizar semelhante ao

do ensaio de compresso simples, a rotura indiferente em relao s condies da superfcie de

contacto da amostra, as tenses de traco perpendicular e ao longo do plano diametral provocadas

pela carga normal aplicada que provoca a rotura so mais ou menos uniformes (Villar, et al, 2007).

Das et al.(1995), props a seguinte frmula para avaliao da resistncia traco:

t =

[4.1]

Onde:

P : carga mxima do ensaio de compresso diametral;

d : dimetro da amostra;

h : a altura da amostra.

Esta relao no rigorosa para materiais que tenham grande diferena entre os mdulos de

deformabilidade na compresso e na traco, como os solos (Villar, et al, 2007). Desta forma utiliza-se

uma correco para os resultados do ensaio brasileiro. Esta correco de 0,9, sendo Rt= 0,9xRtb (Rtb

a resistncia traco obtida no ensaio brasileiro). Este coeficiente referido pela SCETAUROUTE

(1994).

4.3. Influncia do estado de compacidade

O estado de compacidade em geral avaliado pelo grau de compactao. Uma maior

compacidade aumenta as caractersticas mecnicas das misturas com cimento, sendo influenciada pela

granulometria do agregado, dosagem em cimento, energia de compactao e pelo tempo entre a

produo do material e a altura em que compactado. Se este tempo entre produo e compactao for

excessivo, a compactao possvel, poder ser de um grau muito mais baixo. Uma forma de manter as

caractersticas do material por mais tempo ser a utilizao de retardadores de presa. Sendo o valor

referncia, o valor obtido atravs do ensaio proctor.

33

4.4. Influncia do tempo de cura

Nos primeiros dias o crescimento do mdulo de deformabilidade bastante acentuado, para

solos e elementos tratados com cimento. Normalmente considera-se que aos 28 dias de cura, o

elemento j tem um mdulo de deformabilidade relevante, sendo que vai continuar a aumentar com o

tempo, mas de forma muito mais lenta que at aos 28 dias.

Este facto pode ser observado na figura 4.6, na qual se mostram vrios materiais tratados com

cimento, e se v a evoluo da resistncia em funo do tempo.

Figura 4.6 - Resistncia da mistura de solo-cimento ao longo do tempo (Rodrigues, 2009)

4.5. Fadiga

Os pavimentos constitudos por camadas granulares ligadas com cimento, esto sujeitos a

tenses de traco devido passagem dos eixos dos veculos, retraco e a gradientes internos de

temperatura. Caso estas cargas excedam a resistncia traco do material, levam-no ruptura,

34

causando fendas que se propagaro at superfcie do pavimento, originando a sua runa (Quaresma,

1985).

Sendo que estas roturas podem tambm surgir aps vrios carregamentos, provenientes das

passagens sucessivas dos veculos, mesmo que as tenses de traco actuantes sejam inferiores

tenso de rotura para um nico carregamento, sendo assim rotura por fadiga.

Figura 4.7 - Representao esquemtica da fadiga em camadas ligadas com cimento (Quaresma, 1985)

A figura 4.7 representa o caso de uma camada ligada com cimento, que apresenta uma tenso

de rotura superior para quando sujeita a apenas uma carga, e que vai diminuindo com a aplicao de

um nmero de cargas N1. Isto representa o fenmeno fadiga. Assim, este pode ser definido como a

diminuio de resistncia de um corpo por efeito de uma solicitao peridica, sendo que no caso de

uma estrada, a solicitao no ser peridica, mas se pode aceitar como peridica. H tambm a referir

que os veculos no so todos iguais, logo no aplicam todos a mesma carga, nem o mesmo nmero de

passagens, logo ter contributos diferentes para a diminuio de resistncia (Quaresma, 1985).

35

Pode-se ento traduzir o fenmeno fadiga pela seguinte equao:

[4.2]

N nmero de ciclos carga-descarga, com tenso de pico, at atingir a rotura

a constante que varia com as caractersticas do material

36

5. Avaliao das propriedades tenso-deformao com base em

ensaios de carga

5.1. O que um ensaio de carga

Desde h muitos anos que existem trabalhos que procuram estabelecer uma relao entre a

deformao sofrida por um solo e as suas propriedades tenso-deformao. Procura-se obter estas

propriedades atravs da aplicao duma carga e analisando a reaco do material, medindo-se o

deslocamento vertical de um ou mais pontos na superfcie de um sistema de camadas, resultante da

carga aplicada.

Nas seguintes seces apresenta-se os principais trabalhos e os procedimentos usuais para a

realizao de ensaios de carga.

5.2. Placa perfeitamente flexvel

Considera-se o caso de uma placa perfeitamente flexvel, est sujeita a uma tenso uniforme

em toda a rea da placa, quando aplicada a um solo arenoso, transmite superfcie do solo uma

presso uniforme. Sabendo que a resistncia ao corte de uma areia directamente proporcional

presso confinante, temos ento que o centro da rea carregada (neste caso o ponto C) a areia tem

uma maior resistncia, desta forma sofrer deformaes menores.

Figura 5.1 - Placa totalmente flexvel, solo arenoso (Rossignolo et al, 2009)

37

Observando os bordos da placa, ou seja, os pontos B, a tenso menor, a resistncia ao corte

diminui, e desta forma as deformaes so maiores.

Pode-se concluir ento, que para uma placa flexvel, carregada de forma uniforme, aplicada a

uma areia, surgem assentamentos maiores nas bordas da placa e menores no centro, sendo as presses

uniformes em toda a rea sob o efeito da carga.

Tendo agora o caso de um solo argiloso, uma placa totalmente flexvel, carregada de forma

uniforme, transmite superfcie do solo uma presso uniforme. Esta placa introduz maiores presses

na superfcie do solo junto ao centro da placa, e menores presses consoante mais afastado do centro

se encontra. Desta forma decorrem maiores assentamentos no centro e menores nos bordos da placa.

Figura 5.2 - Placa totalmente flexvel, solo argiloso (Rossignolo et al, 2009)

A frmula de Boussinesq [5.1], permite-nos calcular o mdulo de deformabilidade para este

tipo de placas.

[5.1]

onde:

n- coeficiente de Poisson

a - raio da placa [mm]

- diferena entre 0.7 e 0.3 da presso mxima no primeiro carregamento [MN/m2]

d - diferena de assentamentos entre 0,7 e 0,3 da presso mxima [mm]

d

aE

212

38

5.3. Placa perfeitamente rgida

Consideramos o caso de uma placa perfeitamente rgida, carregada uniformemente, ir

produzir deformaes uniformes na superfcie do terreno, ou seja tem um assentamento uniforme. Em

comparao com as placas flexveis, pode-se concluir que as presses no centro so bastante maiores

que nos bordos da placa, de forma a que os assentamentos sejam uniformes. A forma das presses de

contacto ser aproximadamente a de uma parbola.

Figura 5.3 - Placa totalmente rgida, solo arenoso (Rossignolo et al, 2009)

Uma placa perfeitamente rgida, carregada uniformemente, vai provocar deformaes

uniformes na superfcie do terreno carregado. Assim, a placa rgida faz uma redistribuio da presso

uniforme na superfcie da rea carregada, de forma a que sejam uniformes as presses transmitidas a

qualquer ponto, situado no interior da massa do solo coesivo, prximo ou distante do eixo vertical de

carregamento. Assim, as presses na superfcie de contacto sero maiores nas bordas da placa do que

no seu centro.

39

Figura 5.4 - Placa totalmente rigida, solo argiloso (Rossignolo et al, 2009)

A frmula de Boussinesq [5.2], permite-nos calcular o mdulo de deformabilidade para este

tipo de placas.

[5.2]

Onde:

- coeficiente de Poisson

a - raio da placa [mm]

- diferena entre 0.7 e 0.3 da presso mxima no primeiro carregamento [MN/m2]

d - diferena de assentamentos entre 0,7 e 0,3 da presso mxima [mm]

5.4. Placa perfeitamente flexvel para um sistema de duas camadas

Burmister desenvolveu uma teoria para um sistema de duas a trs camadas elsticas, para

calcular tenses e deslocamentos de alguns pontos do sistema em estudo, atravs da aplicao de uma

carga uniformemente distribuda. Esta teoria considera (Medina, 1997):

- a hiptese de que os materiais so elsticos, isotrpicos e homogneos;

-a lei de Hooke vlida e o mdulo de compresso igual ao de traco;

d

aE

21

2

40

-o peso das camadas desprezvel, as camadas tm uma dimenso longitudinal infinita, e a

camada inferior semi-infinita;

-as condies de fronteira so de que a camada superior est livre de tenses exceptuando as

da placa circular;

-na rea carregada existem apenas tenses normais;

-as tenses e deformaes a grandes profundidades so nulas;

-o estudo foi realizado para um coeficiente de Poisson de 0,5.

Figura 5.5 - Valores de influncia para teoria de duas camadas (Burmister, 1943)

Para interpretar resultados do ensaio de carga com duas camadas, recorre-se teoria de

Burmister, representando num grfico, a coleco de valores de E1/E2, em funo de E2, que representa

uma deflexo reversvel igual medida no ensaio. Sendo E1 e E2 os mdulos de deformabilidade, da

camada superior e inferior, respectivamente. As placas tero dimetros diferentes, o que vai criar reas

de influncia diferentes, abrangendo diferentes seces.

41

Figura 5.6 - Bolbos de influncia de placas de dimetro diferentes, quando sujeitas a carregamento

Ao realizarmos um ensaio com apenas uma placa existe uma infinidade de solues para o

sistema composto por dois solos. Sendo que se o ensaio for realizado por duas placas diferentes, s

haver uma soluo possvel, sendo essa na intercepo referida.

Com o baco representado na figura 5.5, e sabendo a espessura da camada superior, relaciona-

se com o raio das placas a utilizar, de forma a obter os coeficientes Fw. Este coeficiente traduz uma

relao entre o solo superior e o solo inferior, que sero multiplicados pelo valor de E obtido no

ensaio, para permitir representar a curva, relativa placa. Ser repetido o mesmo processo para a

segunda placa, retirando novos coeficientes Fw. Ao obtermos a intercepo, permite-nos saber o

mdulo de deformabilidade da camada inferior.

Figura 5.7 Bolbos de influncia de sistema de solo composto por duas camadas e solo homogneo

Para uma melhor percepo fsica do coeficiente Fw, foi aplicada a mesma carga de 20 kN

numa placa circular de 300 milmetros de dimetro, sobre um solo homogneo e sobre solos com uma

42

camada superior com mdulo de deformabilidade superior, e foram medidas as respectivas

deformaes. A relao entre a deformao obtida para o sistema de 2 camadas e a deformao obtida

para o meio homogneo o coeficiente Fw.

Tabela 5.1 - Coeficiente Fw obtido para os diversos casos

E1 E2 Deslocamento Fw=d'/d

Situao 1 50 50 1,43 1

Situao 2 100 50 0,922 0,644755

Situao 3 150 50 0,737 0,515385

Situao 4 250 50 0,571 0,399301

E1 ,E2, d e d como indicado na Figura 5.7

Pode-se observar atravs da tabela 5.1 que quanto maior a diferena entre mdulos de

deformabilidade das camadas superior e inferior, menor ser o valor do coeficiente Fw.

A figura 5.8 resultado de um ensaio realizado com duas placas diferentes, num sistema

constitudo por 2 camadas, ao qual foi aplicado o processo anteriormente descrito, sendo que os

valores obtidos permitiram obter estas 2 curvas na qual se obtem a intercepo referida anteriormente.

Figura 5.8 - Resultado da aplicao da teoria de Burmister, para 2 camadas, utilizando 2 placas

0,1

1,0

10,0

0 20 40 60 80

Placa D 760mm

Placa D 450mm

E2 (MPa)

E1/E2

43

5.5. Placa perfeitamente flexvel sobre sistema multi-camadas, retro-anlise

Para proceder determinao do mdulo de deformabilidade das vrias camadas, ser preciso

que o nmero de medies realizadas seja superior ao nmero de incgnitas, mais propriamente o

nmero de camadas constituintes do meio ensaiado. Sendo que o valor do coeficiente de Poisson

arbitrado, no constituir uma incgnita.

Na seco anterior onde existem duas incgnitas, recorreu-se medida da deformao no

centro de duas placas de dimetro diferente. A utilizao do FWD uma alternativa aos ensaios de

carga, principalmente quando os solos so constitudos por vrias camadas. Para proceder anlise

dos valores obtidos procede-se a um processo de retro-anlise.

Com base nos trabalhos de Burmister, foram desenvolvidos programas que permitem obter

deformaes em sistemas multi-camadas. A aplicao da carga provoca bacias de deformao, sendo

estas no exclusivamente consequncia do carregamento no topo do pavimento, mas tambm das

espessuras das camadas e mdulo de deformabilidade das vrias camadas que compem esse

pavimento.

Atravs da medio de deformaes em vrios pontos da superfcie da estrada, espaados ao

longo da zona de influncia da carga, ou seja, na bacia de deformao, permite-nos uma melhor

caracterizao da resposta do pavimento aplicao da carga.

Assim sabendo que os valores dos geofones mais afastados, so relativos s camadas mais

profundas, permite-nos saber as caractersticas das camadas inferiores. Prosseguindo a anlise para os

geofonos mais aproximados da zona de carga, permite-nos caracterizar as camadas superficiais.

Figura 5.9 - Bacia de influncia resultante da aplicao de uma carga com FWD (CPRengenharia, 2011)

44

A retro-anlise uma forma de interpretao dos ensaios de carga, com o objectivo de

determinar os mdulos de deformabilidade das vrias camadas. Este mtodo consiste por via analtica

e atravs dum processo de tentativas, na obteno de uma deformada calculada o mais prxima

possvel da deformada medida, considerada representativa para um dado conjunto de ensaios. A

deformada medida a parte do deflectograma registado na descarga, ou seja, quando retirada a carga.

Deformada calculada consiste no assentamento calculado para os vrios pontos superfcie do

pavimento, tendo em conta uma dada combinao de caractersticas de deformabilidade das camadas,

devido aplicao na superfcie dos materiais granulares das cargas relativas ao ensaio. Um programa

para o clculo das deformadas, por exemplo, o ELSYM5 da Universidade de Berkeley (EUA)

(Quaresma, 1985).

Para o caso de utilizao do deflectmetro de impacto, so medidos os assentamentos em sete

pontos da superfcie dos materiais granulares, quando aplicada uma carga de impacto devido queda

de uma massa. Esta fora transmitida atravs duma placa circular e os assentamentos so medidos

atravs de geofonos ou sismgrafos. Os valores so registados e controlados atravs dum mini-

computador. Atravs do ecr do mini-computador pode-se visualizar os resultados no decurso dos

ensaios, podendo ser estes imprimidos ou gravados em suporte digital (Nazzal, 2003).

5.6. Equipamentos de ensaios de carga mais utilizados e os seus procedimentos

Antes de realizar um ensaio de carga com placa, necessrio haver uma rea adequada para a

placa de carga. A superfcie de solo em que ser realizado o ensaio deve ser regular, pode ser feito

com a ajuda de uma rgua metlica ou de uma colher de pedreiro. Caso seja necessrio para equilibrar

a irregularidade, pode-se utilizar uma camada de areia ou pasta de gesso seca, de forma a colocar a

placa de carga na horizontal. Tambm nas zonas inclinadas, o solo na zona de ensaio deve ser

colocado na posio horizontal, para evitar o movimento do dispositivo de carga.

5.6.1. Ensaio de carga com placa (ECP)

O ensaio de carga com placa realizado com uma placa de carga de forma circular, o seu

dimetro pode ser de vrios valores, os mais comuns sendo variveis de 6 em 6 centmetros, os

300mm (12), 452mm (18), 600mm (24) e 762mm (30). A espessura da placa nunca deve ser

inferior a 25mm (Vu, M., 2005).

45

Sendo que numa mesma obra ser importante utilizar sempre uma placa do mesmo dimetro,

pois os resultados so um pouco diferentes mediante o dimetro da placa. A medio das deflexes

poder ser efectuada num ponto, situado a menos de 2 cm do centro da placa, ou em trs pontos

concntricos, igualmente afastados entre si.

O aparelho para realizao do ensaio auxiliado por um veculo pesado, normalmente um

camio. Este aparelho consiste nas placas, podem ser utilizadas apenas uma placa ou mais, no

dispositivo de carga, num sensor que l as medies e um computador que coordena todo o processo.

Figura 5.10 - Dispositivo de ensaio de carga

A aplicao da carga deve comear, como preparao do teste, com uma pr-carregada de 30

segundos sob presso de 0,01MN/m2, e ser novamente desrecarregada depois disso e o calibrador

ajustado a zero. Em seguida, o carregamento ser efectuado pelo menos 6 vezes, com a mesma carga,

at atingir uma deformao de 7 mm ou que a presso sob a placa seja 0.25MN/m2 (Vu, M., 2005).

Para cada estgio, a carga dever ser mantida constante durante dois minutos, no caso de

ensaio sobre solos, ou de um minuto, para ensaios sobre materiais de sub-base. Para a determinao do

valor do mdulo de deformabilidade, Ev, para construo de estradas, dever ser utilizada uma placa

de 300 mm e a carga dever ser aumentada at se induzir um assentamento de 5 mm ou se atingir uma

tenso normal sob a placa de 0,5 MN/m2 (Vu, M., 2005).

Para os ciclos de carga e recarga, a fase seguinte de carga s pode comear quando a

recuperao do solo ou o abatimento for inferior a 0,02mm/min. Aps o ciclo de carga mxima, a

carga da placa ser retirada em trs ciclos (50%, 25% e 0% do carregamento mximo). Aps o solo

46

recuperar completamente, o segundo ciclo de carga ser implementado. No segundo ciclo de

carregamento dever ser atingida uma fora tal que traduza uma tenso mdia sob a placa de

0,20MN/m2. A descarga s dever ser efectuada aps a estabilizao da deformao.

Este ensaio bastante demoroso, pelo que permite apenas a realizao de poucos ensaios por

dia. Assim sendo, numa estrada a realizao deste ensaio apenas ser possvel com uma baixa

frequncia, ou seja, em pontos distantes entre si.

5.6.2. Deflectmetro de impacto (FWD)

O objectivo deste ensaio visa, com este equipamento, simular uma massa em andamento lento

e medir a deformao na sua zona de passagem, com o objectivo de medir a rigidez das diversas

camadas do pavimento e leito de pavimento. Os detalhes de funcionamento do ensaio variam de

fabricante para fabricante, mas os princpios de funcionamento so os mesmos.

O aparelho consiste num reboque com duas rodas, que pode ser rebocado por veculos

convencionais, e suporta um sistema que permite a uma massa cair livremente sobre o solo.

Figura 5.11 - Dynatest Model 800 (FWD) (Nazzal, 2003)

47

O peso desta massa varivel entre 50 a 300 Kg, e a sua altura de queda pode igualmente

variar entre 50 mm a 510 mm. A placa a ser utilizada pode ser de duas dimenses, 300 e 450mm de

dimetro, e a massa lanada sobre uma borracha para amenizar o choque da carga e para melhor

distribuir a carga por toda a rea da placa. A fora aplicada ao solo pode variar entre 7 a 105 kN,

exercendo uma presso de 0,1 a 1,5 MPa. A ttulo de comparao uma roda de um camio exerce uma

presso de cerca de 0,7 MPa para uma superfcie de contacto equivalente a uma placa com 450 mm de

dimetro. O efeito produzido pela queda da massa medido por uma clula de carga ou gefono,

situado em cima da placa de carga. Este sistema composto por uma fila de sete gefonos, que esto

ligados a um quadro metlico que preso ao chassis de um veculo, e com capacidade de ler

deformaes de +/- 0,023 mm e com uma preciso de 2%. A distncia dos gefonos da aplicao da

carga regulada em funo do tipo de pavimento ou da camada testada. As distncias entre cada

sensor e a carga so normalmente incrementos de

análise comparativa de metodologias para avaliação das...

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