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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

TÉCNICAS ALTERNATIVAS PARA A CONSTRUÇÃO DE BASES DE

PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS

LILIAN RIBEIRO DE REZENDE

ORIENTADOR: PROF. JOSÉ CAMAPUM DE CARVALHO, PhD

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM GEOTECNIA PUBLICAÇÃO: G.DM-055A/99

BRASÍLIA/DF : MARÇO DE 1999

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

TÉCNICAS ALTERNATIVAS PARA A CONSTRUÇÃO DE BASES DE

PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS

LILIAN RIBEIRO DE REZENDE

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE

ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA COMO PARTE DOS

REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM

CIÊNCIAS.

APROVADA POR:

_____________________________________________

PROF. JOSÉ CAMAPUM DE CARVALHO, PhD (UnB)

(ORIENTADOR)

___________________________________________

PROF. ENNIO MARQUES PALMEIRA, PhD (UnB)

(EXAMINADOR INTERNO)

________________________________________________

PROF. RAIMUNDO LEIDIMAR BEZERRA, DSc. (UFPB)

(EXAMINADOR EXTERNO)

ii

FICHA CATALOGRÁFICA

REZENDE, LILIAN RIBEIRO DE Técnicas Alternativas para a Construção de Bases de Pavimentos Rodoviários. xxiii, 169p., 210 mm x 297 mm (ENC/FT/UnB, Mestre, Geotecnia, 1999). Dissertação de Mestrado - Universidade de Brasília. Faculdade de Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil. 1. Pavimentação 2. Técnicas Alternativas 3. Solos Tropicais 4. Ensaios de Campo I. ENC/FT/UnB II. Título (Série) REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA REZENDE, L. R. (1999). Técnicas Alternativas para a Construção de Bases de Pavimentos Rodoviários. Dissertação de Mestrado, G.DM-055A/99, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 169p. CESSÃO DE DIREITOS NOME DO AUTOR: Lilian Ribeiro de Rezende TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO: Técnicas Alternativas para a Construção de Bases de Pavimentos Rodoviários GRAU/ANO: Mestre/1999 É concedida à Universidade de Brasília permissão para reproduzir cópias desta dissertação de mestrado e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte desta dissertação pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor. _______________________________________

Lilian Ribeiro de Rezende Rua 9, no 1496, Setor Marista CEP: 74150-130 Goiânia/GO - Brasil

iii

DEDICATÓRIA

A Deus.

Aos meus queridos pais Aloísio e Lúcia,

irmãos, Luciane e Paulinho, Luiz Carlos e Andréia, Marcinha,

e sobrinhos, Paulo Sérgio e Rafael.

Aos meus estimados tios Edson e Idê,

e primos, Ana Paula e Jorge, Thiago e Matheus.

iv

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. José Camapum de Carvalho pelo interesse em desenvolver trabalhos na área de

pavimentação, incentivo, orientação e ensinamentos ministrados durante todas as etapas da

dissertação.

Aos professores André Pacheco de Assis, José Henrique Feitosa Pereira, Ennio Marques

Palmeira e Newton Moreira de Souza por todo o apoio e ajuda fornecidos durante o

desenvolvimento desse projeto.

Ao técnico Alessandro da Silva Barbosa da Universidade de Brasília pelo auxílio na

realização dos ensaios campo.

Ao professor e colega Maurício Martins Sales por ter incentivado estudos na área de

Geotecnia.

À Universidade Federal de Goiás pelo fornecimento da bolsa PICDT e à CAPES, pelo suporte

financeiro.

À Universidade de Brasília e ao Programa de Pós-Graduação em Geotecnia.

Ao Departamento de Estradas de Rodagem do Distrito Federal (DER-DF).

Ao engenheiro Clauber Santos Campelo da Divisão de Tecnologia do DER-DF que, como

pesquisador, acreditou no desenvolvimento do projeto e viabilizou a execução do trecho

experimental junto ao DER-DF.

Aos engenheiros do DER-DF Carlos Alberto Mundim Pena, Carmo Augusto de Campos

Curado, Paulo Roberto da Silva Júnior, Fauzi Naifur Júnior e Elcy Ozório dos Santos que

apoiaram toda a pesquisa.

v

Aos técnicos Geraldo Alves de Oliveira e Amilton de Paula Pereira dos laboratórios de solo e

de asfalto do DER-DF, que com suas respectivas equipes possibilitaram a realização dos

ensaios de laboratório e de campo.

Ao motorista Dirceu Antônio Balestreri (Gaúcho) do DER-DF pela boa vontade e ajuda

indispensáveis para a realização dos ensaios de campo.

À Prodesivo Indústria e Comércio pelo fornecimento dos geotêxteis.

À FAP-DF pelo apoio na compra de equipamentos.

Aos colegas Priscilla Vieira Mourão, André Luiz Francisco da Silva Vital, Maria das Graças

Gardoni Almeida e Evaldo Matheus.

Aos amigos Paola e Marcos, Alessandra e Lucas, sempre presentes.

Aos colegas Edson, Rideci, Marilene, Marisaides, Lindomar, Álvaro, Luciana Torres,

Jefferson e Luciana Michèlle que fizeram parte da inesquecível turma de mestrado do

primeiro semestre de 1997.

vi

RESUMO

Este trabalho apresenta o estudo de técnicas alternativas para a construção de

bases de pavimentos rodoviários. Sua metodologia envolve a execução de um trecho

experimental (440 metros de extensão) numa rodovia com baixo volume de tráfego do

Distrito Federal (N = 7,6 x 105 número de operações do eixo simples padrão). Procura-se

analisar a viabilidade técnica e econômica dos materiais utilizados na camada de base do

pavimento. Dentre os materiais estudados tem-se: expurgo de pedreira, argila laterítica,

misturas da mesma argila com brita e com cal. Além disso, analisa-se o uso do geotêxtil

impregnado com betume como material de reforço e impermeabilizante de bases de solo fino.

Neste caso foram executados três subtrechos utilizando a argila laterítica como camada de

base. No primeiro, a base foi construída sobre o geotêxtil impregnado, no segundo ela foi

totalmente envelopada e no terceiro ela foi recoberta com geotêxtil.

Todo o estudo é baseado em resultados obtidos com a realização de ensaios de

laboratório e de campo. Em laboratório, caracteriza-se e classifica-se os materiais com

sistemas tradicionais e com a metodologia MCT. Além disso, determina-se suas

características de compactação e sua capacidade de suporte. No campo, avalia-se o

comportamento tensão versus deslocamento da estrutura do pavimento e determina-se

parâmetros como o módulo de elasticidade dos materiais.

Finalmente, são apresentadas considerações e conclusões sobre os resultados

dos ensaios realizados e sobre os materiais que melhor atenderam aos aspectos técnicos e

econômicos em uma primeira avaliação. Ressalta-se que as análises e conclusões obtidas

restringem-se ao período de tempo observado, no qual os materiais utilizados mostraram-se,

em princípio, tecnicamente viáveis, mas com diferenças de custos significativas.

vii

ABSTRACT

This study presents some alternative techniques on the use of non-

conventional materials as base layers of pavements. An experimental programme of field and

laboratory tests was conducted along a segment (about 440 meters in length) of a low traffic

road (N = 7,6 x 105) located in the Federal District, Brazil, with the main objective of

analyzing the viability, from both technical and economical viewpoints, of using different

materials to construct the base layer of pavements. The materials tested were: a quarry waste,

a lateritic fine soil and a mixture of the latter, crushed-stone and lime. A bituminous

impregnated geotextile was also used as a soil reinforcement and an impermeable material.

Three road segments, of 40 meters in length each, were constructed combining the lateritic

fine soil as a base material and the geotextile. In the first segment the base was constructed

over the impregnated geotextile. In the second one the base layer was enveloped by the

geotextile while in the third segment the geotextile was used as a covering material.

The results of the laboratory and field tests were used here as references for the

present research. The soils of the different layers of the pavement were characterized and

classified in the laboratory by using traditional systems of classification and the MCT

methodology. The compaction characteristics and the California Bearing Ratio (CBR) of the

materials were also evaluated by laboratory tests. The stress-strain behavior of the paving

structure was evaluated by “in-situ” testing. The stress-strain curves were utilized to obtain

the elastic modulus of the pavement layers.

Discussions and conclusions are presented and concentrate on the results

obtained as well as on the choice of the materials which have presented the best

performances, in terms of mechanical behavior. The definition of performance involved both

technical and economical aspects. It is important to emphasize that the conclusions presented

are limited to the results obtained during the development of the present study. In general, all

the materials showed technical viability, however they present different aspects in relation to

the costs.

viii

ÍNDICE

Capítulo Página

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 1

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................................... 4

2.1 - ENSAIOS DE LABORATÓRIO ................................................................................... 5

2.1.1 - Convencionais .......................................................................................................... 5

2.1.2 - Triaxial Cíclico......................................................................................................... 6

2.1.3 - Classificação MCT.................................................................................................10

2.2 - INVESTIGAÇÕES E ENSAIOS DE CAMPO............................................................12

2.2.1 - Sondagem...............................................................................................................13

2.2.2 - Métodos Geofísicos de Eletrorresistividade e Sísmicos ........................................13

2.2.3 - Penetrômetro Dinâmico de Cone (DCP)................................................................14

2.2.4 - Pressiômetro ...........................................................................................................14

2.3 - CONTROLE TECNOLÓGICO....................................................................................16

2.4 - AVALIAÇÃO DO PAVIMENTO ...............................................................................17

2.4.1 - Prova de Carga .......................................................................................................17

2.4.2 - CBR “in situ” .........................................................................................................18

2.4.3 - Viga Benkelman.....................................................................................................18

2.4.4 - Falling Weight Deflectometer (FWD) ...................................................................19

2.5 - PAVIMENTAÇÃO DE BAIXO CUSTO ....................................................................20

2.6 - MATERIAIS ALTERNATIVOS E TÉCNICAS CONSTRUTIVAS..........................21

2.6.1 - Breve Histórico sobre Uso de Solos Tropicais na Pavimentação ..........................21

2.6.2 - Características dos Solos Lateríticos......................................................................23

2.6.3 - Utilização de Aditivos em Solos Finos Lateríticos ................................................25

2.6.3.1 - Mistura de argila laterítica com brita descontínua...........................................26

2.6.3.2 - Mistura de argila laterítica com cal..................................................................26

2.6.3.3 - Mistura de argila laterítica com betume ..........................................................28

ix

2.6.3.4 - Mistura de argila laterítica com cimento .........................................................29

2.6.3.5 - Base de argila laterítica com material fresado .................................................30

2.6.4 - Utilização de Rejeitos ............................................................................................30

2.6.5 - Utilização de Geotêxtil...........................................................................................32

3 - MATERIAIS E MÉTODOS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO DAS

ESTRUTURAS DE PAVIMENTO ................................................................................. ..34

3.1 - MATERIAIS ............................................................................................................ ..36

3.2 - MÉTODOS .............................................................................................................. ..41

3.2.1 - Base de Solo-Brita .............................................................................................. ..42

3.2.2 - Base de Expurgo ................................................................................................. ..42

3.2.3 - Base de Solo Fino ............................................................................................... ..43

3.2.4 - Base de Solo-Cal................................................................................................. ..43

3.2.5 - Base de Solo Fino com Geotêxtil ....................................................................... ..45

4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS.....................................................51

4.1 - ENSAIOS DE LABORATÓRIO .................................................................................51

4.1.1 - Caracterização ........................................................................................................51

4.1.2 - Compactação, Expansão e CBR.............................................................................60

4.1.3 - Classificação MCT.................................................................................................78

4.1.4 - Comparações com outros solos ..............................................................................80

4.2 - ENSAIOS DE CAMPO................................................................................................87

4.2.1 - Frasco de Areia.......................................................................................................88

4.2.2 - CBR “in situ” .........................................................................................................93

4.2.3 - Viga Benkelman.................................................................................................. 101

4.2.4 - Prova de carga sobre placa .................................................................................. 115

4.2.5 - Pressiômetro ........................................................................................................ 128

4.3 - CORRELAÇÕES OBTIDAS ENTRE OS PARÂMETROS DOS ENSAIOS

DE CAMPO .............................................................................................................. 134

5. ORÇAMENTO DAS ESTRUTURAS DO PAVIMENTO............................................... 138

6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS................................. 140

x

6.1 - CONCLUSÕES ......................................................................................................... 140

6.2 - SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS ....................................................... 143

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 144

A. BACIAS DE DESLOCAMENTOS DOS ENSAIOS DE VIGA BENKELMAN........... 152

B. CURVAS DE CALIBRAÇÃO DO PRESSIÔMETRO................................................... 163

C. TABELAS DE COMPOSIÇÃO DE CUSTO DAS BASES............................................ 166

xi

LISTA DE FIGURAS

Figura Página

Figura 2.1 - Ábaco da classificação MCT (Nogami & Villibor, 1995) .................................................................11

Figura 3.1 - Localização da rodovia DF-205 Oeste ...............................................................................................35

Figura 3.2 - Localização do trecho experimental na rodovia DF-205 Oeste .........................................................36

Figura 3.3 - Caixa de empréstimo de solo fino ......................................................................................................37

Figura 3.4 - Utilização do geotêxtil impregnado na pista ......................................................................................39

Figura 3.5 - Área de empréstimo do expurgo ........................................................................................................40

Figura 3.6 - Seção transversal da base com solo fino envelopada .........................................................................41

Figura 3.7 - Mistura do solo fino com a brita ........................................................................................................42

Figura 3.8 - Espalhamento do expurgo na pista.....................................................................................................43

Figura 3.9 - Trincamento da base de solo fino.......................................................................................................44

Figura 3.10 - Mistura do solo cal na jazida de solo fino........................................................................................44

Figura 3.11 - Colocação do geotêxtil sobre o subleito...........................................................................................45

Figura 3.12 - Bases compactadas antes da imprimação .........................................................................................46

Figura 3.13 - Colocação do geotêxtil sobre a base ................................................................................................47

Figura 3.14 - Detalhe das dobras laterais do geotêxtil ...........................................................................................48

Figura 3.15 - Seção transversal geral dos subtrechos com geotêxtil: (a) Estaca 157 a 159

(geotêxtil entre base e revestimento); (b) Estaca 159 a 161 (geotêxtil entre

subleito e base); Estaca 161 a 163 (base envelopada)......................................................................49

Figura 3.16 - Execução do tratamento superficial duplo no trecho experimental..................................................50

Figura 4.1- Curvas granulométricas dos materiais obtidas através do ensaio sem

sedimentação........................................................................................................................................53

Figura 4.2 - Comportamento do subleito quanto à plasticidade.............................................................................53

Figura 4.3 - Comportamento do subleito quanto à porcentagem passante na

peneira no 200 .....................................................................................................................................54

Figura 4.4 - Curvas granulométricas do solo fino e do expurgo utilizados na base...............................................56

Figura 4.5 - Curvas granulométricas do solo fino compactado na energia Proctor

normal ................................................................................................................................................56


intermediário .......................................................................................................................................57


modificado ..........................................................................................................................................57

Figura 4.8 - Curvas granulométricas do solo fino compactado na umidade ótima em

xii

diferentes energias ..............................................................................................................................58

Figura 4.9 - Curvas granulométricas do solo fino compactado na umidade ótima menos 2%

em diferentes energias.........................................................................................................................58

Figura 4.10 - Curvas granulométricas do solo fino compactado na umidade ótima mais 2%

em diferentes energias.......................................................................................................................59

Figura 4.11 - Curvas de compactação do subleito .................................................................................................61

Figura 4.12 - Curvas de CBR do subleito ..............................................................................................................62

Figura 4.13 - Correlação entre CBR max e inclinação do ramo seco considerando os

sete pontos.........................................................................................................................................63

Figura 4.14 - Correlação entre CBR max e inclinação do ramo seco considerando apenas

cinco pontos ......................................................................................................................................64

Figura 4.15 - Correlação entre CBR max e inclinação do ramo úmido considerando os

sete pontos..........................................................................................................................................65

Figura 4.16 - Correlação entre CBR max e inclinação do ramo úmido considerando

seis pontos.........................................................................................................................................65

Figura 4.17 - Curvas de compactação do solo fino para diferentes energias .........................................................66

Figura 4.18 - Curvas de CBR do solo fino para diferentes energias de compactação ...........................................67

Figura 4.19 - Correlação entre o CBR máximo e a inclinação do ramo úmido para

diferentes energias de compactação .....................................................................68 Figura 4.20 - CBR x peso específico aparente seco máximo (solo fino) ...............................................................69

Figura 4.21 - CBR x umidade ótima (solo fino) ....................................................................................................69

Figura 4.22 - Curvas de compactação na energia intermediária para diferentes

teores de cal ......................................................................................................................................70

Figura 4.23 - Curvas de CBR para os diferentes teores de cal...............................................................................71

Figura 4.24 - Comportamento do peso específico aparente seco máximo para os diferentes

teores de cal ......................................................................................................................................72

Figura 4.25 - Comportamento da umidade ótima para os diferentes teores de cal ................................................72

Figura 4.26 - Comportamento do CBR para os diferentes teores de cal ................................................................72

Figura 4.27 - Variação da inclinação do ramo seco para os diferentes teores de cal .............................................73

Figura 4.28 - Variação da inclinação do ramo úmido para os diferentes teores de cal ..........................................73

Figura 4.29 - Curvas de compactação para comparação entre o solo fino e o solo

com 2% de cal...................................................................................................................................75

Figura 4.30 - Curvas de CBR para comparação entre o solo fino e o solo

com 2% de cal....................................................................................................................................75

Figura 4.31 - CBR x peso específico aparente seco para o solo fino e o solo

com 2% de cal...................................................................................................................................76

Figura 4.32 - Curvas de compactação do expurgo e da mistura solo-brita ............................................................77

Figura 4.33 - Curvas de CBR do expurgo e da mistura solo-brita .........................................................................77

xiii

Figura 4.34 - Curvas de e x w para o expurgo e a mistura solo-brita ..................................................................78

Figura 4.35 - Curvas de deformabilidade (MCT) ..................................................................................................79

Figura 4.36 - Curvas de compactação (MCT)........................................................................................................80

Figura 4.37 - Perda da massa por imersão (MCT) .................................................................................................80

Figura 4.38 - Classificação MCT dos solos do Distrito Federal ............................................................................81

Figura 4.39 - Comparação entre o coeficiente c’ e wL...........................................................................................84

Figura 4.40 - Correlação entre o coeficiente c’ e a porcentagem que passa na

peneira no 200 ....................................................................................................................................85

Figura 4.41 - Correlação entre o coeficiente d’ e o peso específico aparente

seco máximo .....................................................................................................................................86

Figura 4.42 - Correlação entre PI e γdmax dos solos do Distrito Federal.................................................................87

Figura 4.43 - Características do subleito ao longo do trecho quanto à umidade de

compactação de campo .....................................................................................................................89

Figura 4.44 - Características do subleito ao longo do trecho quanto ao peso específico

aparente seco de campo .....................................................................................................................89

Figura 4.45 - Comportamento do subleito ao longo do trecho quanto ao grau de

compactação......................................................................................................................................90

Figura 4.46 - Relação entre umidade e peso específico aparente seco de campo e de

laboratório dos materiais de subleito ................................................................................................91

Figura 4.47 - Características das bases ao longo do trecho quanto à umidade de

compactação de campo ......................................................................................................................92

Figura 4.48 - Características das bases ao longo do trecho quanto ao peso específico

aparente seco de campo ....................................................................................................................92

Figura 4.49 - Características das bases ao longo do trecho quanto ao grau de

compactação......................................................................................................................................93

Figura 4.50 - Ensaio de CBR “in situ”...................................................................................................................94

Figura 4.51 - Curvas pressão x penetração do subleito..........................................................................................95

Figura 4.52 - Características do subleito ao longo do trecho quanto às umidades ................................................95

Figura 4.53 - Características do subleito ao longo do trecho quanto aos valores

médios de CBR .................................................................................................................................96

Figura 4.54 - Características do subleito ao longo do trecho quanto aos valores

médios dos módulos de reação...........................................................................................................96

Figura 4.55 - Curvas pressão x penetração nas bases dos diversos pavimentos ....................................................98

Figura 4.56 - Características das bases ao longo do trecho quanto às umidades ...................................................99

Figura 4.57 - Características das bases ao longo do trecho quanto aos valores

médios de CBR .................................................................................................................................99

Figura 4.58 - Características das bases ao longo do trecho quanto aos valores

médios dos módulos de reação........................................................................................................100

xiv

Figura 4.59 - Execução do ensaio de Viga Benkelman .......................................................................................101

Figura 4.60 - Bacias de deslocamentos - ensaio sobre o subleito - curvas médias ..............................................103

Figura 4.61 - Bacias de deslocamentos sobre as bases - curvas médias ..............................................................105

Figura 4.62 - Valores de Do para os ensaios realizados sobre o subleito e

a base ao longo do trecho................................................................................................................106

Figura 4.63 - Valores de R para os ensaios realizados sobre o subleito e


Figura 4.64 - Valores de kVIGA para os ensaios realizados sobre o subleito e


Figura 4.65 - Bacias de deslocamentos - ensaio sobre revestimento (ensaio 1) -

curvas médias..................................................................................................................................107

Figura 4.66 - Bacias de deslocamentos - ensaio sobre revestimento (ensaios 1 e 2) -

curvas médias...................................................................................................................................113

Figura 4.67 - Valores de Do para os ensaios realizados sobre o revestimento

ao longo do trecho...........................................................................................................................114

Figura 4.68 - Valores de R para os ensaios realizados sobre o revestimento


Figura 4.69 - Valores de kVIGA para os ensaios realizados sobre o revestimento


Figura 4.70 - Prova de carga realizada no pavimento..........................................................................................116

Figura 4.71 - Prova de carga realizada no subleito com inundação.....................................................................117

Figura 4.72 - Curvas pressão x deslocamento do subleito ...................................................................................118

Figura 4.73 - Características do subleito ao longo do trecho quanto à umidade..................................................119

Figura 4.74 - Características do subleito ao longo do trecho quanto ao deslocamento

máximo ...........................................................................................................................................119

Figura 4.75 - Características do subleito ao longo do trecho quanto ao módulo

de reação .........................................................................................................................................119

Figura 4.76 - Curvas pressão x deslocamento das bases......................................................................................120

Figura 4.77 - Características dos materiais da base ao longo do trecho quanto

à umidade ........................................................................................................................................121


ao deslocamento máximo................................................................................................................122


ao módulo de reação ........................................................................................................................122

Figura 4.80 - Curvas pressão x deslocamento do revestimento (ensaio 1) ..........................................................124

Figura 4.81 - Curvas pressão x deslocamento do revestimento (ensaio 2) ..........................................................126

Figura 4.82 - Características do pavimento ao longo do trecho: (a) quanto ao deslocamento

máximo; (b) quanto ao módulo de reação.....................................................................................127

Figura 4.83 - Execução do ensaio pressiométrico no campo ...............................................................................129

xv

Figura 4.84 - Ensaios pressiométricos no subleito natural a uma profundidade

pequena (11,5 a 20,5 cm)................................................................................................................131

Figura 4.85 - Ensaios pressiométricos no subleito saturado a uma profundidade

pequena (11,5 a 17,5 cm)................................................................................................................131

Figura 4.86 - Ensaios pressiométricos no subleito natural a uma profundidade

maior (31,5 a 44,5 cm)....................................................................................................................132

Figura 4.87 - Ensaios pressiométricos nas bases .................................................................................................133

Figura 4.88 - Correlação entre Ep e kPLACA..........................................................................................................134

Figura 4.89 - Correlação entre Ep e kVIGA............................................................................................................135

Figura 4.90 - Correlação entre PL e kPLACA ..........................................................................................................135

Figura 4.91 - Correlação entre PL e kVIGA ............................................................................................................136

Figura A.1 - Bacias de deslocamentos - ensaio sobre o subleito (corte)..............................................................152

Figura A.2 - Bacias de deslocamentos - ensaio sobre o subleito (aterro) ............................................................153

Figura A.3 - Bacias de deslocamentos - base de solo-brita..................................................................................153

Figura A.4 - Bacias de deslocamentos - base de expurgo....................................................................................154

Figura A.5 - Bacias de deslocamentos - base de solo fino...................................................................................154

Figura A.6 - Bacias de deslocamentos - base de solo-cal ....................................................................................155

Figura A.7 - Bacias de deslocamentos - base de solo fino com geotêxtil entre subleito

e base................................................................................................................................................155

Figura A.8 - Bacias de deslocamentos - ensaios sobre o revestimento (ensaio 1) - base

em solo-brita .....................................................................................................................................156


de expurgo........................................................................................................................................156

Figura A.10 - Bacias de deslocamentos -ensaios sobre o revestimento (ensaio 1) - base

de solo fino......................................................................................................................................157


de solo-cal .......................................................................................................................................157


de solo fino com geotêxtil entre base e revestimento......................................................................158


de solo fino com geotêxtil entre subleito e base ............................................................................158

Figura A.14 - Bacia de deslocamentos - ensaio sobre o revestimento (ensaio 1) - base

solo fino envelopado......................................................................................................................159


de solo-brita ....................................................................................................................................159


em expurgo ....................................................................................................................................160


de solo fino......................................................................................................................................160


xvi

de solo-cal ......................................................................................................................................161


de solo fino e geotêxtil entre base e revestimento...........................................................................161


de solo fino e geotêxtil entre subleito e base .................................................................................162

Figura A.21 - Bacias de deslocamentos - ensaios sobre o revestimento (ensaio 2) - base de

solo fino envelopado......................................................................................................................162

Figura B.1 - Curvas de calibração do pressiômetro - ensaios realizados no

subleito (1) ..........................................................................................................163


subleito (2) ..........................................................................................................164


subleito (3) ..........................................................................................................164

Figura B.4 - Curvas de calibração do pressiômetro - ensaios realizados nas

bases ....................................................................................................................165

xvii

LISTA DE TABELAS

Tabela Página

Tabela 2.1 - Propriedades e recomendações dos grupos de solo segundo a metodologia

MCT (Nogami & Villibor, 1995).......................................................................................................12

Tabela 3.1 - Características físico-químicas da cal hidratada ................................................................................38

Tabela 3.2 - Características dos geotêxteis ............................................................................................................39

Tabela 4.1 - Caracterização dos materiais do subleito............................................................. 51 Tabela 4.2 - Caracterização dos materiais constituintes da base............................................................................52

Tabela 4.3 - Resultado do ensaio de compactação do subleito -

Energia Proctor Normal .....................................................................................................................61

Tabela 4.4 - Resultados do ensaio de compactação do solo fino nas três energias................................................66

Tabela 4.5 - Resultados obtidos para a mistura solo cal (Energia Proctor Intermediário).....................................70

Tabela 4.6 - Comparações entre o solo fino e o solocom 2% de cal......................................................................74

Tabela 4.7 - Resultado do ensaio de compactação para o expurgo e a mistura solo-brita .....................................76

Tabela 4.8 - Resultados dos ensaios da Metodologia MCT...................................................................................78

Tabela 4.9 - Caracterização dos solos analisados (Curado, 1998; Paranhos, 1998) ..............................................82

Tabela 4.10 - Compactação e metodologia MCT dos solos analisados

(Curado, 1998; Paranhos, 1998) .......................................................................................................83

Tabela 4.11 - Resultados do ensaio de frasco de areia realizado no subleito ........................................................88

Tabela 4.12 - Resultados do ensaio de frasco de areia realizado nas bases ...........................................................91

Tabela 4.13 - Resultado do ensaio de CBR “in situ” no subleito...........................................................................94

Tabela 4.14 - Resultado dos ensaios de CBR “in situ” nas bases ..........................................................................97

Tabela 4.15 - Resultados do ensaio de viga Benkelman no subleito ...................................................................102

Tabela 4.16 - Resultados do ensaio de viga Benkelman nas bases ......................................................................104

Tabela 4.17 - Resultados do ensaio de viga Benkelman no revestimento logo

após a execução (ensaio 1)..............................................................................................................108

Tabela 4.18 - Resultados do ensaio de viga Benkelman no revestimento

quatro meses após sua execução (ensaio 2) ....................................................................................110

Tabela 4.19 - Resultado das provas de carga sobre o subleito.............................................................................118

Tabela 4.20 - Resultado das provas de carga sobre as bases ...............................................................................120

Tabela 4.21 - Resultado das provas de carga sobre o revestimento (ensaio 1) ....................................................123

Tabela 4.22 - Resultado das provas de carga sobre o revestimento (ensaio 2) ....................................................125

Tabela 4.23 - Resultados dos ensaios pressiométricos no subleito ......................................................................130

Tabela 4.24 - Resultados dos ensaios pressiométricos na base............................................................................133

xviii

Tabela 5.1 - Custo final das bases......................................................................................................................138

Tabela C.1 - Custo da base de solo-brita (4:1).....................................................................................................166

Tabela C.2 - Custo da base de expurgo de pedreira.............................................................................................167

Tabela C.3 - Custo da base de solo fino...............................................................................................................167

Tabela C.4 - Custo da base de solo cal (2%) .......................................................................................................168

Tabela C.5 - Custo da base de solo fino com geotêxtil entre base e revestimento...............................................168

Tabela C.6 - Custo da base de solo fino com geotêxtil entre subleito e base.......................................................169

Tabela C.7- Custo da base de solo fino envelopada ............................................................................................169

xix

LISTA DE SÍMBOLOS, NOMENCLATURA E ABREVIAÇÕES

AASHO - American Association of State Highway Officials

AASHTO - American Association of State Highway and Transportation Officials

ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASTM - American Society for Testing and Materials

CAP - cimento asfáltico de petróleo

CBUQ - concreto betuminoso usinado a quente

CBR - California Bearing Ratio

c’ - coeficiente de deformabilidade da classificação MCT

DCP - penetrômetro dinâmico de cone

DN - índice de penetração

DO - deflexão real do pavimento no ponto de prova

DNER - Departamento Nacional de Estradas de Rodagem

DER-DF - Departamento de Estradas de Rodagem do Distrito Federal

DER-SP - Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo

dL - variação de altura

d’ - inclinação da parte retilínea do ramo seco da curva de compactação na metodologia MCT

E - módulo de deslocamentos ou elasticidade

Ep - módulo pressiométrico

Er - módulo de deslocamentos no trecho de recompressão

e’ - índice de classificação MCT

FWD - Falling Weight Deflectometer Test

HRB - Highway Research Board

ISC - Índice de Suporte Califórnia

IP - índice de plasticidade

IPT/SP - Instituto de Pesquisa Tecnológica do Estado de São Paulo

iSECO - inclinação do ramo seco

iÚMIDO - inclinação do ramo úmido

k - constantes dos modelos de comportamento resiliente

xx

kCBR - módulo de reação do ensaio de CBR “in situ”

kVIGA - módulo de reação do ensaio de viga Benkelman

kPLACA - módulo de reação do ensaio de placa

LVDT - Linear Variable Differential Transformer

MCT - Miniatura, Compactado, Tropical

MCV - Moisture Condition Value

Mini-CBR - ensaio de suporte da metodologia MCT

Mini-MCV - ensaio MCV da metodologia MCT

Mini-Proctor - ensaio de compactação de energia constante da metodologia MCT

MR - módulo de resiliência

N - número equivalente de operações do eixo simples padrão

NMCT - número de golpes da metodologia MCT

NBR - Norma Brasileira Registrada

PCA - Portland Cement Association

PI - perda de massa por imersão

PL - pressão limite

R - raio de curvatura

SPT - Standard Penetration Test

s - desvio padrão

UnB - Universidade de Brasília

USCS - Unified Soil Classification System

VDM - número diário médio de veículos

wot - umidade ótima

wL - limite de liquidez

wP - limite de plasticidade

x - média

δ - massa específica dos grãos de solo

ε1 - deslocamentos maior

ε3 - deslocamentos menor

γd - peso específico aparente seco

µ - coeficiente de Poisson

σd - tensão desvio

σ1 - tensão principal maior

xxi

σ3 - tensão principal menor

xxii

CAPÍTULO 1

1. INTRODUÇÃO

Na década de quarenta, com a aplicação dos princípios da Mecânica dos Solos

nas construções rodoviárias, encontrou-se certa dificuldade para a execução de pavimentos no

Brasil. Isto ocorreu pois o comportamento e as particularidades dos solos tropicais ainda não

eram conhecidas e estes não se enquadravam nas especificações adotadas, que foram baseadas

nas normas estabelecidas pelos países mais desenvolvidos. Estas especificações foram

elaboradas pelos países situados na zona temperada, sendo que as mais utilizadas eram as

normas americanas da “American Association of State Highway and Transportation Officials”

(AASHTO) e “American Society for Testing and Materials” (ASTM) que se baseavam nas

propriedades índices (limite de liquidez, limite de plasticidade, índice de plasticidade e

granulometria) para definir o tipo de solo ideal a ser usado nas obras rodoviárias.

Os materiais naturais conhecidos como solos lateríticos ou solos tropicais,

abundantemente encontrados no País, apresentavam características diferentes daquelas

especificadas para uso rodoviário, como elevados valores de limite de liquidez, de índice de

plasticidade e da porcentagem que passa na peneira no 200 (0,075 mm). Posteriormente, com

a utilização mais generalizada do ensaio CBR (“California Bearing Ratio”), observou-se que

os materiais tropicais apresentavam elevada capacidade de suporte, chegando a superar os

valores encontrados nos materiais tradicionais.

Como os materiais que atendem as especificações tradicionais não são

facilmente encontrados em todas as regiões do Brasil e principalmente devido a sua escassez

junto aos grandes centros urbanos, tornou-se necessário estudar materiais alternativos que,

mesmo não atendendo as especificações de norma, mostram comportamento estrutural

satisfatório.

Com isto, vários estudos foram iniciados utilizando-se os solos tropicais como

material de construção em diversas obras de engenharia, principalmente em pavimentação de

estradas e pistas de aeroportos, com o objetivo de avaliar as características relacionadas com

suas propriedades físicas e comportamento mecânico. Além disso, quando são usados

1

materiais locais, o custo das obras é reduzido. Os solos tropicais e sua utilização em

pavimentação também vêm sendo pesquisados em várias regiões do mundo, sendo obtidos

ótimos resultados como, por exemplo, na África, segundo Gidigasu et al. (1987).

A escassez de materiais granulares apropriados que se enquadrem nas

especificações tradicionais para o uso em pavimentação e as barreiras ambientalistas

crescentes para sua exploração conduzem à necessidade de se estabelecer outras técnicas para

a construção rodoviária, estudando-se materiais alternativos que, mesmo não atendendo as

especificações de norma, podem mostrar comportamento estrutural satisfatório. Dentre estes

materiais pode-se destacar o uso de solos finos aditivados ou não, rejeitos de mineração e

capeamentos asfálticos fresados e incorporados ao solo. Cabe destacar que um dos principais

aspectos que diferenciam o comportamento estrutural dos solos finos em relação aos solos

granulares é a sua grande sensibilidade em relação à variação no teor de umidade.

Este trabalho objetiva pesquisar técnicas alternativas para a construção de

pavimentos rodoviários com o uso de materiais não tradicionais na camada de base como

expurgo de pedreira, argila laterítica, misturas com brita e com cal, além do geotêxtil com

função impermeabilizante. Visa encontrar técnicas que minimizem os custos e assegurem os

critérios de segurança, qualidade e durabilidade, sendo todas as análises realizadas com base

em ensaios de laboratório e de campo. Isto impõe a necessidade de mudanças nos

procedimentos experimentais e métodos de projeto de modo a aproximar os estudos da

situação do solo na obra.

Essa dissertação apresenta no Capítulo 1 uma breve introdução sobre o

trabalho e seus objetivos.

No Capítulo 2 tem-se a revisão bibliográfica onde são apresentados os ensaios

de laboratório e de campo utilizados para a execução do projeto, controle tecnológico e

avaliação do pavimento. Aborda-se ainda os conceitos da classificação MCT, pavimentação

de baixo custo, características de solos lateríticos e a utilização de materiais alternativos em

pavimentação.

O Capítulo 3 descreve a localização da rodovia estudada, os materiais e os

métodos executivos usados na estrutura do pavimento do trecho experimental.

2

No Capítulo 4 tem-se os resultados e as análises dos ensaios de laboratório

realizados com os materiais utilizados, ensaios de campo executados sobre a estrutura do

pavimento e possíveis correlações entre os parâmetros determinados.

O Capítulo 5 apresenta o orçamento dos trechos executados e uma análise

comparativa de custo entre as bases.

No Capítulo 6 são apresentadas as conclusões do trabalho e sugestões para

futuras pesquisas.

3

CAPÍTULO 2

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Segundo a norma brasileira de pavimentação NBR-7207 (ABNT, 1982), o

pavimento é uma estrutura construída após a terraplanagem e destinada, econômica e

simultaneamente, em seu conjunto, a:

• Resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego;

• Melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança;

• Resistir aos esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a superfície de

rolamento.

Para iniciar o projeto de um pavimento é necessário conhecer principalmente a

região de localização da construção, as características e parâmetros dos materiais que serão

empregados na obra e o volume de tráfico que a rodovia deve suportar. Logo, é preciso adotar

uma série de procedimentos que correspondam à realização de ensaios de laboratório e

investigações de campo, bem como à avaliações durante a construção e ao longo da vida útil

da obra.

A seguir são apresentados os ensaios de laboratório utilizados para a

caracterização dos materiais, as investigações de campo que auxiliam na determinação de

parâmetros e no desenvolvimento do projeto, o controle tecnológico de campo realizado

durante a execução de rodovias, os métodos para avaliação estrutural do pavimento e a

utilização de materiais não tradicionais em obras rodoviárias.

2.1 - ENSAIOS DE LABORATÓRIO

4

2.1.1 - Convencionais

Os ensaios de laboratório são normalmente utilizados para a caracterização,

classificação dos materiais, compactação e determinação da capacidade de suporte. Todos os

ensaios utilizam amostras deformadas e suas metodologias são definidas por normas da

Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Dentre os ensaios mais usados tem-se:

• Análise Granulométrica NBR - 7181 (ABNT, 1984a);

• Limite de Plasticidade NBR - 7180 (ABNT, 1981);

• Determinação do Limite de Liquidez NBR - 6459 (ABNT, 1984b);

• Ensaio de Compactação NBR - 7182 (ABNT, 1986a);

• Expansão e Índice de Suporte Califórnia NBR - 9895 (ABNT, 1987).

Os ensaios de caracterização (granulometria, limite de liquidez e limite de

plasticidade) oferecem resultados que permitem a classificação dos solos nos sistemas

tradicionais. As duas classificações mais utilizadas são a da AASHO e a Unificada, sendo a

primeira a mais utilizada em projetos rodoviários.

Já o ensaio de compactação se baseia na execução de corpos de prova

moldados em diferentes condições de umidade e compactados em uma determinada energia

(Proctor normal, intermediário ou modificado). Com um mínimo de cinco corpos de prova

determina-se uma curva através da qual obtém-se as condições ótimas de compactação do

solo (peso específico aparente seco máximo e umidade ótima). Atualmente, não são raros os

estudos que trabalham com apenas quatro corpos de prova.

Com os mesmos corpos de prova compactados é possível determinar a

expansão e o Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR) do solo para as diferentes condições

de compactação. A expansão é determinada pela imersão dos corpos de prova em água

durante quatro dias. O CBR determina a resistência à penetração do solo compactado e é dado

pela medida da penetração de um pistão padrão no corpo de prova após o período de imersão.

Para os solos finos, embora a expansão deva ser verificada mesmo sendo rara a presença de

argilominerais expansivos na maioria dos solos brasileiros, o procedimento de execução de

5

ensaio de CBR quanto à imersão deve ser revisto já que esses solos apresentam grande

sensibilidade em presença de água.

Esses parâmetros auxiliam na definição dos materiais usados em cada camada

da estrutura do pavimento. Utilizando-os, Souza (1979) apresenta a classificação dos

materiais granulares empregados nas camadas do pavimento:

• Materiais de subleito: expansão menor ou igual a 2%;

• Materiais para reforço do subleito: CBR maior que o do material componente do subleito e

expansão menor ou igual a 2%;

• Materiais para sub-base: CBR maior ou igual a 20, índice de grupo igual a 0 e expansão

menor ou igual a 1%;

• Materiais para base: CBR maior ou igual a 80 (ou 60 no caso em que o número equivalente

de operações do eixo simples padrão N seja menor ou igual a 106), limite de liquidez

menor ou igual a 25 e índice de plasticidade menor ou igual a 6. Caso os valores para o

limite de liquidez e/ou índice de plasticidade não sejam obedecidos, o material pode ser

empregado em bases se o equivalente de areia for superior a 30%. No entanto, Baptista

(1979) admite CBR de 40 para a base quando existe carência de materiais e a fiscalização

aceita adotar este critério.

2.1.2 - Triaxial Cíclico

Sabe-se que o pavimento sofre a ação de cargas de diferentes intensidades e

freqüências variáveis ao longo do tempo. A simulação desta solicitação dinâmica em

laboratório é difícil, mas mesmo assim são realizados ensaios de carga repetida onde a força

aplicada atua no sentido de compressão, variando de zero até um valor máximo, e diminuindo

até anular-se ou atingir valores inferiores. Depois de um pequeno intervalo de tempo a força

atua novamente, procurando, dessa forma, obter uma aproximação das condições de campo

(Medina, 1997). Este ensaio foi normatizado pelo Departamento Nacional de Estradas de

Rodagem através da ME 133 (DNER, 1986).

6

No ensaio triaxial de carga repetida tem-se para um elemento de solo

localizado numa camada do pavimento:

(2.1) σ σ σ1 3= + d

onde:

• σ3 = tensão principal menor (constante);

• σ1 = tensão principal maior (variável);

• σd = tensão desvio (variável).

O equipamento geralmente consiste num sistema de ar comprimido com

manômetros e válvulas que permitem aplicar a carga confinante (σ3) e a tensão desvio (σd).

Um temporizador atua numa válvula de três vias regulando o tempo de atuação da pressão de

ar e o intervalo de aplicações sucessivas. Para medir os deslocamentos verticais utiliza-se

transdutores de deslocamentos eletromagnéticos (LVDT) presos em braçadeiras no terço

médio do corpo de prova, moldado com 5 cm de diâmetro e 10 cm de altura e envolvido por

uma membrana de borracha. As deformações horizontais são medidas da mesma forma,

mudando apenas a posição dos transdutores que acompanham a variação do diâmetro do

corpo de prova. Outros equipamentos são adaptados para realizar ensaios em corpos de prova

de 10 e 15 cm de diâmetro.

Os ensaios comumente realizados são os do tipo drenado. Mas, como os

materiais são não saturados, torna-se difícil medir a poropressão, sendo os resultados obtidos

em termos de tensões totais.

Através deste ensaio determina-se o módulo de resiliência MR:

MRd=

σε1

(2.2)

onde:

• ε1 = ∆h/ho;

• ∆h = deslocamento vertical máximo;

7

• ho = comprimento inicial de referência do corpo de prova cilíndrico.

Segundo Medina & Preussler (1980), os solos arenosos têm o módulo de

resiliência dependente da tensão confinante e seu valor é pouco afetado pela tensão desvio. Já

os solos argilosos têm o módulo dependente da tensão desvio, sendo pouco influenciados pela

tensão confinante. Geralmente, no primeiro caso MR cresce com o aumento da tensão

confinante e no outro, o módulo decresce com o aumento da tensão desvio. Os solo arenosos

podem ter esses efeitos minimizados através de ciclos de carregamento e descarregamento. Os

solos arenosos têm deformações resilientes que diminuem com o número de aplicações de

cargas. Em geral, o módulo resiliente diminui muito com o aumento da umidade. O ganho

tixotrópico de resistência ou rigidez pela alteração da estrutura em período de repouso não é

significativo, principalmente após algumas repetições de carga.

Para um material elástico linear pode-se aplicar a lei de Hooke generalizada e

determinar o módulo de elasticidade (E) e o coeficiente de Poisson (µ), conhecendo-se σ1 e σ3

e medindo-se ε1 e ε3, conforme apresentado nas Equações 2.3 e 2.4 e demonstradas por

Medina (1997):

( )(( )

)E =

− +

+ −

σ σ σ σ

σ σ ε σ ε1 3 1 3

1 3 1 3

22 3

(2.3)

( )µσ ε σ ε

σ ε σ σ ε=

−

− +1 3 3 1

3 3 1 3 12 (2.4)

No entanto, nem sempre o solo comporta-se dentro da elasticidade linear,

tornando-se conveniente determinar relações empíricas entre o módulo de resiliência e o

estado de tensões.

McVay et al. (1985) realizaram ensaios em areias da Flórida com variação no

carregamento (extensão e compressão) para uma solução elástica. Observaram que esta

variação resulta num comportamento anisotrópico do material.

8

Medina & Preussler (1980) apresentaram resultados de ensaios triaxiais

dinâmicos em vários solos de subleitos e camadas de pavimentos flexíveis. Nesse trabalho os

autores buscaram correlações entre o módulo resiliente e o índice CBR, além de tentativas de

classificação de solos quanto às propriedades resilientes.

Medina & Motta (1988) observaram quatro diferentes modelos de

comportamento resiliente: granular, coesivo, combinado (granular + coesivo) e constante,

determinados através de ensaios triaxiais cíclicos usando-se solos tropicais. Nesses modelos

são estabelecidas expressões matemáticas que representam relações entre o módulo resiliente

e as tensões atuantes, conforme a natureza dos materiais e suas condições de umidade e

densidade. Essas relações dependem de constantes (k) determinadas experimentalmente

através de ensaios dinâmicos. Elevados valores de módulo resiliente foram obtidos para

amostras indeformadas de areia fina e baixos valores para corpos de prova de silte residual

micáceo compactados. O modelo combinado adequou-se bem para a maioria dos corpos de

prova de areia fina laterítica compactados.

Motta & Macêdo (1998) discutem a realização do ensaio triaxial adequando as

tensões aplicadas ao tipo de camada para a qual o material se destina. Os autores concluem

que ainda não há consenso quanto ao modelo mais adequado para representar o

comportamento tensão versus deformação dos variados tipos de solo usados numa estrutura

de pavimento.

Gehling et al. (1998) mostram a influência da sucção nos módulos de

resiliência obtidos em campo e em laboratório para um solo típico de subleitos do Rio Grande

do Sul. Conclui-se que os módulos resilientes são significativamente reduzidos com a

saturação.

Mesmo com estudos ainda sendo desenvolvidos, o módulo resiliente é

considerado mais um parâmetro que auxilia no dimensionamento de reforços e de estruturas

de pavimentos.

2.1.3 - Classificação MCT

A metodologia MCT (Miniatura, Compactado, Tropical) desenvolvida por

Nogami & Villibor (1981) utiliza corpos de prova miniatura, compactados por meio de

9

procedimento especial e destinados aos solos tropicais finos. Ela surgiu devido às limitações

dos procedimentos tradicionais de classificação dos solos com base nas propriedades índices,

que não eram capazes de caracterizar de forma satisfatória o seu comportamento.

Os ensaios de compactação desta metodologia caracterizam-se pelo uso de

moldes cilíndricos de 50 mm (miniatura) ou 26 mm (subminiatura) de diâmetro, soquetes de

seção plena com peso variável de 2.270 g (tipo leve) a 4.500 g (tipo pesado) com queda livre

de 30 cm para o cilindro miniatura e soquete de 1.000 g com queda de 20 cm para o

subminiatura, base do tipo pistão e dispositivo manual para extração dos corpos de prova.

Existem dois métodos distintos de compactação. O primeiro corresponde ao

Proctor ou Mini-Proctor, onde se procura fixar uma energia de compactação (normal,

intermediária ou modificada) e compactar uma série de corpos de prova com diferentes teores

de umidade. O segundo método é o MCV (“Moisture Condition Value”) ou Mini-MCV, em

que, para cada umidade de compactação, são aplicadas energias crescentes, sucessivamente,

até se obter um aumento mínimo da densidade, resultando ao final do ensaio uma família de

curvas de compactação.

A capacidade de suporte é determinada através do ensaio Mini-CBR, onde é

possível caracterizar melhor as peculiaridades dos solos tropicais realizando o ensaio sem

imersão em água, com vários tipos de sobrecarga, teores de umidade e energias de

compactação e com lâmina d’água durante a penetração do pistão.

Para a determinação das propriedades dos solos tropicais são realizados, ainda,

ensaios de expansão por imersão dos corpos de prova compactados, contração por perda de

umidade dos corpos de prova, infiltrabilidade, permeabilidade, penetração de imprimadura

betuminosa, perda de massa por imersão, resistência à compressão axial, resiliência e outros.

Mediante os resultados dos ensaios em corpos de prova compactados é

possível classificar o solo através do ábaco da Classificação MCT apresentado na Figura 2.1.

A Tabela 2.1 apresenta as propriedades mais significativas dos grupos MCT e recomendações

quanto à utilização rodoviária.

10

0 ,5

1 ,0

1 ,5

2 ,0

0 ,0 0 ,5 1 ,0 1 ,5 2 ,0 2 ,5 3 ,0C o efic ien te c '

Índi

ce e

'

L = L A T E R ÍT IC ON = N Ã O L A T E R ÍT IC OA = A R E IAA '= A R E N O S OG '= A R G IL O S OS '= S IL T O S ON A

L A

N A '

N S '

N G '

L A ' L G '

Figura 2.1 - Ábaco da classificação MCT (Nogami & Villibor, 1995)

O coeficiente c’ é obtido a partir das curvas de deformabilidade resultantes do

ensaio de compactação; e o índice e’ é calculado em função da perda de massa por imersão e

da inclinação do ramo seco da curva de compactação, valores estes encontrados através do

ensaio Mini-MCV. Segundo Nogami et al. (1993), é possível obter o grupo MCT em que os

solos tropicais se enquadram através de um procedimento expedito táctil-visual,

aproveitando-se a boa correlação entre o coeficiente c’ e a contração de pastilhas de solo

moldadas de maneira padronizada.

Villibor (1981) observou que nos solos lateríticos os valores máximos de Mini-

CBR com imersão situam-se nas proximidades da umidade ótima e os valores de Mini-CBR

sem imersão são crescentes com a diminuição do teor de umidade de compactação. Tem-se,

ainda, a drástica queda do valor do suporte no ramo seco, devido ao aumento de umidade do

corpo de prova no processo de imersão, sendo que no ramo úmido essa queda é muito

pequena, aproximando-se dos valores obtidos sem imersão.

Tabela 2.1 - Propriedades e recomendações dos grupos de solo segundo a metodologia MCT (Nogami & Villibor, 1995)

11

GRANULOMETRIAS TÍPICAS A = argilas S = Siltes AS = areias siltosas Designações do T1-71 do DER-SP SA = siltes arenosos AA = argilas arenosas

k = caolinítico m = micáceo A AS S (k,m) A, AA AS AA A, AAs = sericítico q = quartzoso S (q,s) SA AS, SA AS, SA

COMPORTAMENTO N = Não Laterítico L = LateríticoGRUPO MCT NA NA' NS' NG' LA LA' LG'

e MINI-CBR (%)

d sem imersão M, E E M, E E E E, EE E

a perda por imersão B, M B E E B B B

d EXPANSÃO B, M B E M, E B B B

e CONTRAÇÃO B, M B, M M, E M, E B B, M M, E

i COEF. DE PERMEABILIDADE (k) M,E B B, M B, M B, M B B

r COEFICIENTE DE SORÇÃO (s) E B, M E M, E B B B

p Corpos de prova compactados na

o massa específica aparente seca EE = muito elevado E = elevado M = médio B = baixo

r máxima da energia normal

Po

ã Base de pavimento n 4o n n 2o 1o 3o

ç Reforço do subleito compactado 4o 5o n n 2o 1o 3o

a Subleito compactado 4o 5o 7o 6o 2o 1o 3o

z Aterro (corpo) compactado 4o 5o 6o 7o 2o 1o 3o

i Proteção à erosão n 3o n n n 2o 1o

l Revestimento primário 5o 3o n n 4o 1o 2o

i n = não recomendado

tU

Grupos tradicionais MS MHobtidos de amostras que se USCS SP SC SM,CL MH SP SC MLclassificam nos grupos MCT SM ML ML, MH CH SC CHdiscriminados nos topos A-2 A-4 A-6das colunas AASHO A-2 A-4 A-5 A-7-5 A-2 A-2 A-6

A-7 A-7-5 A-7-5 A-4 A-7-5

2.2 - INVESTIGAÇÕES E ENSAIOS DE CAMPO

Para os projetos de estradas devem ser realizados estudos geológicos e

geotécnicos, onde são empregados diversos tipos de investigações que dependem da

variedade dos materiais presentes ao longo do traçado e dos objetivos visados.

Geralmente, na fase inicial, são empregados os métodos de superfície (mapas)

que irão auxiliar na seleção de alternativas de projeto. Já na fase final, torna-se necessário o

uso de métodos de subsuperfície, além de ensaios de campo e de laboratório (Rodrigues &

Lopes, 1998).

12

A seguir são apresentados os ensaios de campo comumente utilizados.

2.2.1 - Sondagem

Além da execução de poços, trincheiras e escavações para reconhecimento e

amostragem dos solos com finalidade rodoviária, são executadas sondagens a trado cavadeira

ou concha (10 a 15 cm de diâmetro). As sondagens a trado permitem obter amostras

deformadas, a classificação das camadas de solo e a definição da posição do lençol freático.

Auxiliam também na definição de volumes em áreas de empréstimo. Neste processo deve-se

observar o uso de técnicas especiais com avanços abaixo do nível d’água. Pode ocorrer

dificuldade de avanço para profundidades maiores que 10 metros, bem como problemas na

obtenção de amostras e contaminação de camadas.

Os furos de trados devem ser executados em distâncias que gerem um certo

grau de confiança sobre as diversas camadas detectadas. Cuidados especiais devem ser

tomados na identificação da linha de seixos nas regiões tropicais.

As sondagens à percussão destinam-se a estudar áreas de cortes profundos e

fundações de aterro nos locais onde outras investigações revelaram a ocorrência de solos de

baixa capacidade de suporte. Outros tipos de sondagens podem ser executadas: sondagem a

trado espiral contínuo motorizado e sondagem com uso de penetrômetro.

2.2.2 - Métodos Geofísicos de Eletrorresistividade e Sísmicos

Apresentam como vantagens a rapidez e o baixo custo de execução. Indicam a

espessura da camada do material superficial, a profundidade do nível d’água e as condições

da rocha em subsuperfície, definindo as categorias para escavação.

Os métodos geofísicos de eletrorresistividade e sísmicos de refração são mais

utilizados na determinação e extrapolação das camadas do substrato rochoso, localizadas

abaixo das camadas de solo. Possuem vantagens e limitações, sendo que para o caso de solos

tropicais devem ser observados alguns tópicos que são apresentados a seguir (Nogami &

Villibor, 1995).

13

Para os métodos geofísicos ocorrem dificuldades de interpretação quando a

passagem do solo saprolítico para a rocha sã é gradual ou acontece por alternância de

camadas de solo e rocha. Alguns solos superficiais lateríticos possuem elevada resistividade,

podendo interferir na detecção da presença de camadas de rocha. Podem ocorrer também

baixa resistividade em intercalações de camadas saprolíticas, contendo águas ricas em cátions.

Para os métodos sísmicos podem ocorrer problemas com camadas saprolíticas muito

intemperizadas. Estruturas xistosas inclinadas podem induzir à reflexão de ondas sísmicas.

2.2.3 - Penetrômetro Dinâmico de Cone (DCP)

O Penetrômetro Dinâmico de Cone (DCP) é um equipamento que permite

realizar ensaios de penetração dinâmica em estruturas de pavimentos. O tipo de equipamento

geralmente utilizado no Brasil consiste numa barra de aço de 16 mm de diâmetro, que possui

um cone de aço com 20 mm de base e ângulo de 60o com a horizontal fixado na ponta. O

conjunto barra-cone é introduzido no solo pelo impacto de um martelo de aço com peso de 8

kg colocado a uma altura de queda de 575 mm.

Este equipamento permite medir a capacidade de suporte do solo de fundação

“in situ” e é de fácil operação. Nogami & Villibor (1995) afirmam que sua faixa de trabalho é

bastante ampla, abrangendo desde solos moles ou pouco consistentes até camadas de bases de

brita graduada ou pedregulho.

Como resultado obtém-se o índice de penetração (DN) a partir da curva DCP

que representa o número de golpes acumulados para a penetração do cone com a

profundidade. Com este índice torna-se possível a determinação de correlações. Atualmente,

tenta-se relacionar o DN com o CBR (Cardoso & Trichês, 1998; Vertamatti & Oliveira,

1998).

2.2.4 - Pressiômetro

O uso do pressiômetro em pavimentação é diferente do seu uso em obras de

fundação. O pressiômetro de Ménard é usado para obtenção imediata de parâmetros de

pressão limite e módulo pressiométrico que são aplicáveis para o cálculo da capacidade de

carga e recalque das fundações para diversos tipos de solos. Com esses resultados determina-

14

se também, através de correlações, a resistência ao cisalhamento não drenada do solo

(Cavalcante et al., 1998).

Na estrutura do pavimento normalmente preocupa-se mais com a deformação

do que com a capacidade de carga última. Existem diferenças na tolerância das deformações e

nos limites do fator de segurança usados em fundação e em pavimentação. Em fundações,

consideram-se fatores de segurança variando entre 1,5 e 3,0 e deformações de até 25 mm. Em

pavimentos, a pressão geralmente está entre 200 kPa para carros e 550 kPa para caminhões,

sendo que a deformação vertical é da ordem de 0,001 metros (Briaud, 1992). Logo, neste caso

é importante a avaliação do módulo das camadas para pequenas deformações. Como resultado

do ensaio pressiométrico tem-se a determinação do módulo de elasticidade em função da

deformação e da pressão limite.

Briaud & Shields (1979) desenvolveram um novo pressiômetro menor e mais

prático que o de Ménard para a avaliação de pavimentos. A empresa Roctest, em 1984,

iniciou sua comercialização como pressiômetro Pencel. O equipamento consiste numa sonda

monocelular que expande com água, num tubo e numa pequena caixa que contém a unidade

de controle. Segundo Clarke (1995), pode-se encontrar diâmetros de sondas bem pequenos

(26 mm), sendo que a relação entre o comprimento e o diâmetro da sonda deve ser

aproximadamente 7,2. O ensaio é realizado com a medida da expansão radial dentro de uma

cavidade cilíndrica no solo, visando também verificar as características de tensão-

deformação. A norma geral que explica este ensaio para seus diversos usos é a D 4719

(ASTM, 1987).

Os ensaios pressiométricos podem ser realizados antes, durante e depois da

construção do pavimento, sendo utilizados tanto para avaliação de pavimentos existentes e

projeto de reforços, como também no projeto e no controle de pavimentos em execução

(Nuñez & Schnaid, 1994). Briaud et al. (1983) constataram que o modelo hiperbólico de

tensão-deformação representa, de forma satisfatória, os ciclos de carregamento e

descarregamento de um ensaio pressiométrico. Logo, pode-se obter o módulo para qualquer

nível de deformação, a partir de um ensaio com apenas um ciclo de carregamento e

descarregamento.

O equipamento possui vantagens e desvantagens. Briaud (1992) apresenta uma

tabela de comparação dos ensaios de FWD (Falling Weight Deflectometer), pressiômetro e

15

triaxial cíclico. O FWD tem um excelente desempenho para avaliações rápidas em áreas

maiores, mas é mais caro. Já o pressiômetro é ideal para análises uma pequena zona

específica, além de possuir custo inferior.

No Brasil, este equipamento vem sendo largamente utilizado em pesquisas

para avaliação de materiais aplicados nas camadas do pavimento, determinação de

correlações e comparação com outros ensaios de campo como CBR “in situ”, prova de carga

sobre placa e SPT (Lucena et al., 1988, Vieira Filho & Lucena, 1995; Santana et al., 1995;

Santana et al., 1998). Rodrigues et al. (1996) concluem que a interpretação teórica de ensaios

realizados com o uso do pressiômetro pode permitir estimativas de módulo de elasticidade de

solos na compressão a partir da teoria da elasticidade.

Finalmente, pode-se destacar como vantagem deste equipamento a obtenção de

módulos horizontais, enquanto os ensaios convencionais de viga Benkelman e prova de carga

sobre placa medem módulos verticais. No caso de solos compactados pode existir anisotropia.

Logo, torna-se um ensaio complementar importante.

2.3 - CONTROLE TECNOLÓGICO

O controle tecnológico mais usado durante a execução da estrutura do

pavimento consiste na realização do ensaio de frasco de areia e teor de umidade. Nesta etapa

determina-se a umidade e o peso específico de campo, compara-se com os resultados de

compactação do material em laboratório, determina-se o grau de compactação e o desvio de

umidade. O ensaio é descrito na NBR - 7185 (ABNT, 1986).

A camada do pavimento é geralmente considerada com qualidade quando o

grau de compactação é superior ao especificado em projeto e a compactação foi executada na

faixa de umidade pré-fixada. Quando a camada compactada encontra-se fora das

especificações de projeto é comum que se efetue a abertura, gradeamento e recompactação do

trecho. No entanto, Guimarães et al. (1997) mostram, através do estudo de um solo fino do

Distrito Federal, que embora a técnica de recompactação possa conduzir ao enquadramento

do solo nas condições especificadas em projeto, também poderá proporcionar queda na sua

capacidade de suporte. Para trechos subseqüentes a este não é raro que se realize o

umedecimento do solo com certa antecedência em relação à sua compactação. Essa técnica

16

tem sido eficiente na obtenção do grau de compactação desejado, mas novamente existe o

risco de se obter materiais com capacidade de suporte inferior, já que o aumento do grau de

compactação ocorre como conseqüência de uma maior quebra nas agregações.

Outra técnica disponível para a determinação dos pesos específicos e umidades

de campo é o uso do densímetro nuclear. Com o uso desse equipamento é possível obter

resultados de forma mais rápida.

2.4 - AVALIAÇÃO DO PAVIMENTO

Para melhor entender o comportamento estrutural do pavimento torna-se

necessária a realização de ensaios de campo. Através da execução destes ensaios é possível

determinar a resistência e a deformabilidade do material no próprio local. Dentre os ensaios

mais utilizados tem-se: Prova de carga, CBR “in situ”, Viga Benkelman e “Falling Weight

Deflectometer” (FWD).

2.4.1 - Prova de Carga

A prova de carga, também denominada ensaio de placa, é descrita por Barata

(1984) como sendo o mais antigo ensaio de campo realizado nas obras de engenharia

geotécnica. Foi utilizado por Mcleod em 1948 para avaliar o desempenho de pavimentos

flexíveis em aeroportos do Canadá. No Brasil, este ensaio vem sendo usado em várias

pesquisas na área de pavimentação e seus resultados comparados com outros ensaios de

campo (Vieira Filho & Lucena, 1995; Santana et al., 1995; Santana et al., 1998).

Este ensaio objetiva simular as condições de carregamento e solicitações que

ocorrem no pavimento. As cargas aplicadas produzem recalques pequenos que são parte

devido ao recalque elástico e parte devido a um aumento na massa específica do solo, pois as

provas de carga para fins rodoviários raramente atingem recalques que possam ser atribuídos

à plastificação do solo (Souza, 1980).

O ensaio consiste na determinação da curva tensão versus deslocamento,

através da aplicação de um determinado carregamento. Geralmente esta carga é aplicada em

campo pela reação de um caminhão carregado ou pela colocação de uma cargueira. Sobre a

17

superfície do pavimento coloca-se uma placa ou um conjunto de placas com diâmetros

conhecidos, que irão distribuir o carregamento. Entre as placas e o sistema de carregamento

coloca-se um macaco hidráulico que tem a função de controlar a aplicação das tensões. Este

controle é, geralmente, realizado por meio de um manômetro calibrado. Outra alternativa

mais precisa para a leitura da carga é o uso de uma célula de carga colocada entre o macaco e

o sistema de reação, ou entre o macaco e a placa. As deformações são medidas através da

colocação de, no mínimo, três deflectômetros sobre a placa.

Com os resultados do ensaio pode-se determinar o módulo de elasticidade

estático (E) das camadas componentes da estrutura do pavimento, através da realização de

análises numéricas ou de fórmulas analíticas assumindo valores para o coeficiente de Poisson

(µ).

2.4.2 - CBR “in situ”

O ensaio de CBR “in situ” pode ser considerado uma prova de carga em

miniatura. Consiste na medida da penetração de um pistão padrão na superfície da camada

ensaiada de forma semelhante ao ensaio de CBR realizado em laboratório. Neste caso, a

prensa é presa a um sistema de reação (caminhão, por exemplo), a pressão é aplicada

manualmente com um macaco hidráulico e lida através de um anel dinamométrico. A

penetração é medida através de um deflectômetro. São anotadas leituras padrões e traçados

gráficos através dos quais determina-se o valor do CBR de campo. O ensaio é normalmente

realizado nas condições de umidade existentes. Devido ao pequeno diâmetro do pistão (50

mm) este ensaio torna-se pouco recomendável para camadas de solos granulares cujo

diâmetro da maior partícula ultrapasse o valor máximo admitido para o ensaio de laboratório

(19 mm).

2.4.3 - Viga Benkelman

Consiste na medida de deformação através de uma viga padrão e da

movimentação de um caminhão carregado com 8,2t. São realizadas leituras em um

extensômetro preso na viga em distâncias fixadas pela norma ME 24 (DNER, 1975). Como

resultado obtém-se a bacia de deformações da camada do pavimento.

18

Através de uma análise numérica torna-se possível determinar o módulo de

elasticidade (E) das camadas do pavimento. Albernaz (1994) apresenta uma metodologia de

determinação por retroanálise de módulos de resiliência efetivos de pavimentos flexíveis e de

subleitos para fins de anteprojeto, análise estrutural e gerência de pavimentos. Essa

metodologia permite também a determinação das espessuras e dos números estruturais

efetivos de pavimentos, a partir das bacias de deformação obtidas pelo ensaio de viga

Benkelman.

2.4.4 - Falling Weight Deflectometer (FWD)

É um equipamento que simula o efeito da passagem de uma carga de roda em

movimento no pavimento. Essa situação é obtida pela queda de um conjunto de massas, a

partir de uma altura pré-fixada, sobre um sistema de amortecedores de borracha,

especialmente projetadas de modo a tornar o pulso de carga recebido pelo pavimento o mais

próximo possível de uma senóide (Cardoso, 1995a).

Para determinar a força de pico exercida sobre o pavimento, iguala-se a energia

potencial de massa antes da queda com o trabalho desenvolvido pelos amortecedores de

borracha depois da queda (Equação 2.5):

F Mgh= ( )2 k (2.5)

onde:

• F = força de pico;

• M = massa do corpo que cai;

• g = aceleração da gravidade;

• h = altura de queda;

• k = constante da mola do sistema de amortecedores.

A carga é transmitida ao pavimento por meio de uma placa de 30 cm de

diâmetro e é medida por célula de carga. A duração de aplicação da carga é bastante rápida e

19

varia de 25 a 30 milisegundos, correspondendo a uma roda com velocidade de 60 a 80 km/h.

As deflexões são obtidas geralmente através de geofones. Todo o sistema é ligado a um

computador que registra as deflexões, a distância percorrida e as temperaturas do pavimento e

do meio ambiente.

Andreatini (1995) apresenta os aspectos básicos do mecanismo do ensaio e

desenvolve modelos decorrentes da aplicação da teoria clássica da vibração de sistemas

elásticos. Cardoso (1995b) apresenta faixas de módulos dinâmicos obtidos por retroanálises

de ensaios de viga Benkelman e FWD. Duarte et al. (1996) estabelecem correlações entre as

deflexões recuperáveis, características de segmentos homogêneos de pavimentos flexíveis

medidos com a viga Benkelman e o FWD.

2.5 - PAVIMENTAÇÃO DE BAIXO CUSTO

Santana & Gontijo (1987) definem pavimento de baixo custo como sendo

“aquele que utiliza ao máximo os materiais locais, visando um custo mínimo, segundo

especificações consagradas pela experiência regional em detrimento de especificações

ortodoxas.”

Nogami & Villibor (1995) consideram o pavimento como de baixo custo, no

caso dos solos do Estado de São Paulo, quando caracterizado por:

• Utilizar bases constituídas de materiais cujos custos de execução são substancialmente

menores por m3 em relação às bases convencionais, que mais foram utilizadas na década

de setenta (pedra britada ou solo cimento). Neste período, o custo de uma base de solo

arenoso fino laterítico considerada do tipo baixo custo representava cerca de 15 a 25% do

custo das bases tradicionais;

• Utilizar revestimento betuminoso do tipo tratamento superficial com espessura variando

entre 1 e 3 cm;

• Considerar o trânsito da rodovia do tipo leve a médio, com volume diário médio (VDM) da

ordem de 500 veículos e cerca de 30 a 40% de caminhões e ônibus.

20

Segundo Serra & Bernucci (1990), a utilização do solo arenoso fino laterítico

em bases e sub-bases de pavimentos submetidos a baixo e médio volume de tráfego tornou

possível a expansão da rede rodoviária de estradas vicinais e de vias urbanas periféricas

devido à redução dos custos de construção. No Estado de São Paulo, mais de 4.000 km de

estradas vicinais e 2.000.000 m2 de pavimentos urbanos já foram construídos com este tipo de

solo, seguindo uma tecnologia particular que abrange a classificação, escolha do material

local e processos construtivos adequados.

Assim, na década de noventa, o uso de pavimentos de baixo custo passou a ter

um elevado significado econômico e social, sendo empregados em rodovias vicinais, ruas

residenciais, aeródromos para aviões de pequeno porte e onde a utilização de pavimentos

tradicionais é financeiramente inviável.

2.6 - MATERIAIS ALTERNATIVOS E TÉCNICAS CONSTRUTIVAS

2.6.1 - Breve Histórico sobre Uso de Solos Tropicais na Pavimentação

Segundo Vargas (1994), a importância dos solos tropicais como material de

construção rodoviária no Brasil foi reconhecida no fim da década de trinta, quando foi criada

a Seção de Solos de Fundação no Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT/SP).

Foram iniciados os primeiros trabalhos no campo rodoviário em convênio com o

Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo (DER-SP) através do

programa de estabilização de solos, visando o revestimento das estradas de terra de sua rede

rodoviária. Pelo fato dos procedimentos de estudos geotécnicos e de construção se basearem

na tecnologia norte-americana, das peculiaridades dos solos tropicais, da falta de materiais

granulares naturais, do clima tropical e do trânsito dessas rodovias ser muito elevado, os

resultados não foram considerados satisfatórios.

Segundo Villibor & Nogami (1990), o primeiro especialista em Mecânica dos

Solos que valorizou a elevada capacidade de suporte e a baixa expansibilidade das argilas

lateríticas foi o Engenheiro Francisco Pacheco e Silva do IPT. Através de suas idéias foram

construídos alguns trechos experimentais com base de argila vermelha compactada, selada de

21

todos os lados por pintura betuminosa, os quais mostraram ótimo desempenho quando

comparados com base constituída essencialmente de pedra britada.

Com o avanço das pesquisas observou-se que as argilas lateríticas só não

possuíam bom comportamento durante períodos de chuva prolongados e em rodovias de

trânsito muito pesado. Uma das soluções empregadas na época foi a incorporação de brita a

essas argilas, resultando em uma camada denominada “virado paulista”, que contrariava as

recomendações da estabilização granulométrica tradicional.

O Plano de Pavimentação Paulista de 1956/60, criado pelo governo Jânio

Quadros, incentivou o uso de solos lateríticos em pavimentação. Substituiu-se o uso exclusivo

do macadame hidráulico como base pela utilização de solo laterítico como componente das

bases estabilizadas granulometricamente, das bases de solo-cimento e nas sub-bases e

reforços do sub-leito. Tolerâncias consideráveis foram permitidas aos valores das

propriedades índices tradicionais, sendo que, pela primeira vez, foi usado solo com IP acima

de 10% em grande escala.

No fim da década de sessenta verificou-se o bom desempenho das bases de

solo arenoso fino laterítico em trechos experimentais no Estado de São Paulo. Como esses

solos não se enquadravam nas especificações de norma, teve-se a necessidade de desenvolver

novos procedimentos laboratoriais que possibilitassem uma melhor caracterização. Procurou-

se relacionar estes novos critérios com as propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos

compactados. Assim, no início da década de oitenta, desenvolveu-se uma nova metodologia

de ensaios geotécnicos denominada MCT (Miniatura, Compactado, Tropical) e uma nova

classificação dos solos tropicais (Villibor, 1981; Nogami & Villibor, 1981). Desde então,

várias pesquisas vêm sendo realizadas através de ensaios de laboratório e execução de trechos

experimentais, com os objetivos de melhor caracterizar os solos tropicais e analisar seus

comportamentos em várias regiões do País.

2.6.2 - Características dos Solos Lateríticos

Segundo Lucena & Cabrera (1990), o termo laterita foi empregado

inicialmente por Buchanan em 1807 para descrever um material avermelhado, não

estratificado, existente na região sul da Índia que podia ser cortado em blocos e apresentava a

22

característica particular de endurecimento quando exposto ao ar. Por esta ser uma definição

restrita e pelo fato de existirem solos semelhantes em outras regiões tropicais que são

influenciados por diferentes fatores ligados ao meio ambiente, rocha de formação,

temperatura, precipitação e umidade, surge a necessidade de definições mais gerais para os

solos lateríticos. Conforme Melfi (1994), o que Buchanan chamou de laterita não era um

perfil completo de solo, mas sim somente um horizonte. Maignein em 1966, citado por Melfi

(1994), mostra a ambigüidade existente na utilização do termo laterita, sendo que geólogos,

engenheiros e pedólogos nem sempre definem o mesmo objeto.

Schellmann (1982) definiu laterita como sendo acumulações superficiais ou

sub-superficiais de produtos provenientes do intenso intemperismo de rochas, desenvolvidos

sob condições favoráveis a uma maior mobilidade dos elementos alcalinos, alcalinos-terrosos

e sílica e imobilização de ferro e de alumínio. Apesar de serem formadas a partir de um único

processo, as lateritas podem englobar vários tipos de produtos que se diferenciam, por

exemplo, pela intensidade e tempo de atuação deste processo e pelo tipo de material de

origem. Sendo assim, as lateritas apresentam propriedades físicas, químicas, físico-químicas e

mineralógicas diferentes.

De uma forma geral, em um perfil de solo tropical são normalmente

encontrados dois tipos de solo: o laterítico, residual ou não, intemperizado e rico em minerais

de argila e sesquióxidos formando a camada superficial e o saprolítico, localizado na camada

mais profunda, mantendo a estrutura da rocha de origem. Várias classificações foram

propostas com o objetivo de agrupar os diferentes tipos de lateritas. Algumas se basearam na

porcentagem de sesquióxidos, outras nas propriedades químicas e mineralógicas e algumas

nos aspectos físico-morfológicos.

Gidigasu (1976) confirma que estudos em grãos finos tipicamente lateríticos e

não lateríticos que sofreram processo de lixiviação e laterização de vários graus de

intensidade e que se diferenciam pelos tipos de rocha de origem, condições climáticas,

vegetação, topografia e condições de drenagem, têm mostrado que a relação entre o teor de

argila por um lado e as características geotécnicas do outro são governadas pelo grau de

lixiviação e laterização a que são submetidos, como também pela mineralogia da argila.

Queiroz de Carvalho (1987) analisou a microestrutura de solos lateríticos no

Brasil e observou solos em cuja composição mineralógica existe argilomineral do tipo

23

haloisita e também outros solos com características de agregações de partículas finas

cimentadas por sesquióxidos de ferro e/ou alumínio. As micrografias apresentadas mostram

que os solos lateríticos estudados neste caso contêm alto grau de cimentação devido quase

que exclusivamente aos óxidos de ferro e de alumínio hidratados. Já Cardoso (1995a),

estudando solos lateríticos do Distrito Federal, observou uma microestrutura em que os solos

apresentaram níveis de cimentação por óxidos de ferro e alumínio bastante baixos.

Villibor (1981) mostra as limitações da avaliação das propriedades dos solos

lateríticos baseadas nas classificações HRB-AASHO e USCS. Existe dificuldade em se

conseguir repetibilidade nos ensaios de limites de consistência. Para os solos lateríticos, as

propriedades previstas nestas classificações levam a um comportamento geralmente inferior

ao verificado na realidade, quando relacionado com a construção de rodovias. Já para os solos

não lateríticos, o comportamento previsto pode ser superior ao que ocorre na prática. Nogami

& Villibor (1985) observaram que solos de mesmos índices podem ter propriedades

mecânicas e hídricas, tanto em estado natural como compactado, bem diferentes, conforme se

tenha comportamento laterítico ou não. Além disso, no caso de solo laterítico, as propriedades

índices apresentam muitas vezes resultados discordantes dos observados através da análise

táctil-visual proposta por Casagrande.

Lima et al. (1986) apresentam uma avaliação dos métodos de ensaios para

determinação da distribuição granulométrica e limites de liquidez e plasticidade para os solos

lateríticos do Norte e Nordeste do Brasil. Algumas modificações foram introduzidas nos

ensaios, sendo que no método do peneiramento reduziu-se para 1.000 gramas a quantidade da

amostra a ser ensaiada e eliminou-se a secagem prévia em estufa após a lavagem e antes do

peneiramento. O limite de liquidez (wL) foi determinado usando o aparelho de Casagrande e

através do cone de penetração. Com os resultados obtidos observou-se que as adaptações

introduzidas para a determinação da distribuição granulométrica mostraram-se adequadas,

pois houve uma faixa estreita de variação. Quanto ao wL, os dois métodos de ensaio

apresentaram resultados satisfatórios, sendo que os valores encontrados pelo cone de

penetração tiveram melhor repetibilidade. Souza et al. (1984) mencionam a necessidade de

especificações especiais para o emprego adequado dos solos tropicais em pavimentação e

apresentam um resumo da especificação do DNER para a construção de bases granulares com

emprego de solos lateríticos.

24

Vasconcelos Costa & Lucena (1987) realizaram estudos de laboratório para

definir a influência do desvio de umidade na resistência dos solos lateríticos compactados,

após a saturação dos mesmos. Concluiu-se que desvios de umidades, em relação à ótima,

maiores que 0,5% do lado úmido ou 1,0% do lado seco podem modificar substancialmente os

valores de resistência, em termos de CBR, dos solos lateríticos ensaiados após quatro dias de

imersão.

Nogami et al. (1993) concluem que os solos lateríticos, quando compactados,

geralmente apresentam o ramo seco da curva de compactação muito inclinado, elevado grau

de saturação quando compactados na densidade máxima, valores de suporte elevados, baixa

perda de suporte por imersão, baixa permeabilidade, lento deslocamento da frente de

umidade, baixa perda de massa por imersão, baixa expansibilidade quando em contato com

água livre, contração apreciável por perda de umidade e possibilidade de elevado módulo de

resiliência.

Nogami & Villibor (1995) analisam o uso de solos lateríticos em pavimentação

como subleito, reforço de subleito, sub-base e base. Dentre as bases estudadas estão as

misturas estabilizadas granulometricamente, solo arenoso fino laterítico, solo arenoso fino

laterítico e brita, solo arenoso fino laterítico e cimento, argila laterítica, argila laterítica e

brita, argila laterítica e outros estabilizantes. No Estado de São Paulo observou-se o intenso

uso do solo arenoso fino laterítico. Já no Estado do Paraná, foram executados estudos

significativos sobre o uso da argila laterítica “in natura”, com adição de cimento e/ou cal em

base de pavimentos e colocação de geotêxtil, conforme relatos de Aranovich & Ogurtsova

(1987). De uma forma geral, obteviveram-se resultados satisfatórios para trechos com tráfego

variando entre médio a leve.

2.6.3 - Utilização de Aditivos em Solos Finos Lateríticos

Para melhorar o comportamento do solo fino laterítico usado com finalidade

rodoviária vários processos de misturas com aditivos foram e estão sendo estudados. Nesses

processos procura-se melhorar determinadas características do solo através da incorporação

de outros materiais.

25

2.6.3.1 - Mistura de argila laterítica com brita descontínua

O uso de bases de argila incorporadas com brita precedeu o uso do solo

arenoso fino laterítico, misturado ou não com brita descontínua. Essa mistura foi muito

utilizada na região da Grande São Paulo devido ao seu bom desempenho e facilidade de

construção.

Barros (1978, 1981) executou estudos de laboratório e analisou sub-bases e

bases de argila laterítica misturada com brita de graduação descontínua, obedecendo a

granulometria das britas comerciais designadas de no 1 (passando na peneira 19,6 mm) e no 2

(passando na peneira 25,4 mm). Através de determinações de CBR optou-se por usar 25% de

brita sobre a massa total seca. Os desempenhos de trechos construídos foram considerados

satisfatórios.

Segundo Nogami & Villibor (1995) têm sido feitos estudos com elevada

quantidade de argila laterítica (ultrapassando até cerca de 50%) para justificar o interesse

econômico, apesar das especificações tradicionais aceitarem apenas porcentagens da ordem

de 15%. Tem-se utilizado muito a brita descontínua devido a sua facilidade de mistura. As

análises em laboratório vêm sendo realizadas através de ensaios de CBR, observando-se a

interferência da brita nas condições de compactação da argila. Além disso, a brita colocada

numa mistura rica em argila laterítica contribui para o desenvolvimento de trincas menos

abertas. Tem-se observado que em campo as sucessivas molhagens e secagens auxiliam para a

melhoria de desempenho.

2.6.3.2 - Mistura de argila laterítica com cal

Em geral a cal reage com um solo de granulometria média a fina para produzir

reduções na sua plasticidade e expansão, e aumento na sua trabalhabilidade e resistência ao

cisalhamento (Lima et al.,1993a). Dentre os solos mais reativos à ação da cal estão as argilas,

argilas siltosas, cascalhos argilosos, solos classificados pela AASHO como A-5, A-6 e A-7 e

solos classificados pelo sistema unificado como CH, CL, MH, ML, SC, SM, GC e GM (Lima,

1981). Quando a cal é misturada ao solo ocorrem várias reações químicas simultaneamente.

As reações geralmente identificadas são: troca catiônica, floculação, carbonatação e reações

de sedimentação (Herrin & Mitchel, 1961).

26

A troca catiônica e a floculação processam-se rapidamente e produzem

alterações imediatas na resistência não curada. Quando a cal é adicionada a um solo uma

troca de cátions ocorre com o cálcio da cal substituindo os cátions trocáveis (K, Mg e H) na

superfície do argilomineral. Além disso, os cátions da cal tendem a agrupar na superfície do

argilomineral mudando a concentração eletrolítica em torno das partículas, provocando a

floculação e a aglomeração das partículas.

Podem ocorrer reações pozolânicas entre o solo e a cal, dependendo das

características naturais dos solos, que resultam na formação de vários compostos cimentantes.

Esses compostos são desenvolvidos ao longo do tempo e aumentam a resistência e a

durabilidade da mistura. Na carbonatação, o dióxido de carbono da atmosfera reage com a cal

para formar carbonatos de cálcio ou de magnésio, dependendo do tipo de cal (cálcica ou

dolomítica). No entanto, este carbonato é um composto cimentante muito fraco e deletério

não interferindo muito no ganho de resistência. As reações pozolânicas correspondem à

reação entre cal, água e sílica. A cal reage com a sílica e/ou alumina do solo para formarem

um gel.

A troca de cátions, floculação e aglomeração são as reações responsáveis pela

mudança na plasticidade, contração e trabalhabilidade do solo, enquanto que a reação

pozolânica é responsável pelo aumento da resistência. No caso de solos lateríticos, os

componentes livres de sílica, alumina e ferro participam ativamente do processo de

estabilização.

Queiroz de Carvalho (1988) apresenta resultados obtidos com a estabilização

com cal de vários solos lateríticos do Brasil. Conclui-se que os componentes do solo são as

características mais importantes para avaliar a interação da cal com o solo, observando-se a

atividade pozolânica dos solos lateríticos. Thomasi et al. (1993) confirmam as conclusões já

obtidas sobre a influência da cal nas características de compactação (aumento no teor de

umidade ótima e queda no peso específico aparente seco máximo) sobre um solo fino da

região de Viçosa, além de analisar misturas de solo-cal-cimento. Observou-se melhoria na

resistência das misturas que apresentam crescimentos ao longo do tempo de cura.

Medina et al. (1986) avaliaram um trecho experimental de pavimento

construído com um solo do tipo latossolo amarelo incorporado com 4% em peso de uma cal

hidratada magnesiana. Concluiu-se que a estabilização é válida e pode ser estendida para

27

outros solos como argilas mais expansivas ou muito plásticas de gênese diferente. Costa et al.

(1986) apresentaram estudos de solos lateríticos de Estados do Norte e Nordeste estabilizados

com cal. Silveira (1986) analisou a influência da incorporação de até 6% de uma cal calcítica

na plasticidade de solos vermelhos tropicais. Já Amorim et al. (1996) analisaram a resistência

a compressão simples de solos tropicais vermelhos do Estado da Paraíba com a incorporação

de até 10% de cal. Observou-se que o excesso de cal aumenta consideravelmente o valor da

resistência à compressão simples e que o uso da área específica da fração fina é pouco

satisfatório para a previsão da atividade pozolânica dos solos.

A técnica executiva normalmente adotada para a realização da mistura solo-cal

consiste no espalhamento do solo na pista, distribuição de cal em sacos por m2 e posterior

gradeamento ou distribuição da cal a granel, com veículos apropriados e velocidade fixada

conforme o valor do teor de cal a ser incorporado. Executada a mistura, realiza-se o

umedecimento com adição progressiva de água e posterior homogeneização. Compacta-se e

espera-se a cura final (Pinto et al., 1978). Observa-se que no campo é difícil obter completa

homogeneização dos materiais, sendo que a porcentagem de cal determinada em laboratório

pode não ser encontrada em todos os locais da pista. Provavelmente, algumas regiões

apresentam maior concentração de cal do que outras. Este fato pode explicar diferenças que

geralmente são encontradas nos resultados de ensaios executados no campo sobre esses

materiais.

2.6.3.3 - Mistura de argila laterítica com betume

A estabilização de solo fino com betume tem como finalidade garantir a

constância do teor de umidade da mistura após a compactação. O betume incorporado tem

uma ação impermeabilizante que ocorre devido a dois fatores: o primeiro refere-se ao

obturamento dos canalículos do solo por onde poderia haver ação capilar da água; o segundo

trata da criação de partículas hidrorrepelentes envolvendo agregações de partículas finas e

impedindo que a água exterior penetre na mistura.

Guarçoni et al. (1988) apresentam resultados obtidos em laboratório para

misturas de solo-fase aquosa e solo-emulsão asfáltica. Concluiu-se sobre a validade do estudo

teórico desenvolvido e foi sugerido um modo prático para a dosagem de mistura de solo-

betume com utilização de emulsão asfáltica. Winterkorn (1975) afirma que solos coesivos

obtêm capacidade de suporte satisfatória com baixos valores de incorporação de betume. Agra

28

et al. (1992) concluem que teores entre 2% e 4% de betume incorporados aos solos do

Nordeste geralmente apresentam melhores resultados para a resistência à compressão simples

e peso específico aparente seco máximo.

2.6.3.4 - Mistura argila laterítica com cimento

A mistura solo-cimento é mais uma alternativa para melhorar as propriedades

dos solos lateríticos e viabilizar o uso de materiais não tradicionais na estrutura de pavimento.

Consiste na mistura de solo, cimento e água, em proporções determinadas por ensaios de

laboratório. Na dosagem deve-se atender a critérios técnicos (resistência e durabilidade) e

econômicos. Os métodos de dosagem geralmente utilizados se baseiam em publicações da

“Portland Cement Association” (PCA) e adaptações da Associação Brasileira de Cimento

Portland (ABCP). Existem duas normas: a Norma Geral e a Norma Simplificada que é mais

adequada para solos granulares e onde a dosagem se processa em um tempo menor.

Segundo Casanova et al. (1992), quando a água entra em contato com a

mistura solo-cimento, inicia-se o processo de hidrólise dos minerais do clinquer que é

acelerado pela ação físico-química da argila. Os íons Ca+2 e OH- gerados são absorvidos pela

sílica provocando atraso na saturação da solução em relação ao hidróxido de cálcio. A carga

elétrica superficial dos grãos de clinquer reage eletrostaticamente com a argila e, já com 24

horas, observa-se intensa estruturação. O volume sofre uma variação brusca indicando a ação

de forças de atração. Ao fim de 48 horas a variação volumétrica tende a aumentar, mas

verifica-se que este processo ocorre de forma mais lenta. Casanova & Rodrigues (1993)

mostraram que, para um solo laterítico argiloso, a variação volumétrica aumentou em

amostras com até 9% de teor de cimento incorporado. Para teores maiores essa variação

sofreu redução.

A maioria dos estudos de misturas foi realizada com solos arenosos. Neste

caso cria-se ligações nos contatos intergranulares, garantindo resistência mais efetiva do

material às solicitações externas. Nos solos finos os grãos de cimento comportam-se como

núcleos aos quais aderem pequenas partículas, formando regiões de material floculado devido

ao processo de cimentação (Lima et al.,1993b).

Lucena et al. (1986) realizaram estudos de laboratório com o objetivo de

definir a influência da ação do cimento na resistência à compressão simples e na durabilidade

29

por molhagem e secagem de solos lateríticos estabilizados com vários teores de cimento.

Observaram que o ensaio de durabilidade por molhagem e secagem parece ser mais adequado

para definir o teor de cimento e mais econômico para ser usado na estabilização de solos

lateríticos, quando comparado com o da resistência à compressão simples aos sete dias de

cura.

2.6.3.5 - Base de argila laterítica com material fresado

Dependendo das condições de degradação do pavimento a reciclagem pode se

tornar uma alternativa viável para a restauração. Geralmente esse sistema é usado nos locais

em que o greide já sofreu elevações devido à realização de recapeamentos. Segundo Momm

& Domingues (1995), a reciclagem de pavimentos refere-se a reutilização total ou parcial dos

materiais do revestimento e/ou da base e/ou da sub-base em uma mistura homogênea. Nesse

processo os materiais são misturados no estado em que se encontram após a desagregação

mecânica ou após tratamento térmico e/ou químico com uso de aditivos com ligantes novos

e/ou regeneradores.

A maioria do estudos de laboratório e de campo refere-se ao uso de misturas de

material fresado com brita graduada (Ramos et al., 1993; Ferreira et al., 1994; Beligni, 1995).

Mourão (1998) realizou estudos em laboratório das seguintes misturas para serem usadas

como componentes de base: cascalho laterítico com material fresado, cascalho laterítico com

material fresado e cal, argila laterítica com material fresado e argila laterítica com material

fresado e cal. Nesse estudo observa-se que a incorporação do revestimento betuminoso

fresado melhora o comportamento da argila laterítica, gerando redução na umidade ótima e

aumento no peso específico aparente seco máximo. No entanto, o comportamento do solo

granular tende a piorar com a incorporação do revestimento betuminoso.

2.6.4 - Utilização de Rejeitos

Tem sido estudada a aplicação de rejeitos produzidos em diversos tipos de

indústrias para uso como material na pavimentação. Além da preocupação com a execução de

pavimentos de baixo custo com desempenho satisfatório, procura-se também nesses casos

amenizar danos ambientais que ocorrem com a estocagem de rejeitos. Silva (1988, 1994)

realizou estudos de laboratório com utilização de escórias de Aciária e misturas com solo

30

argiloso do tipo A-7-6, visando seu emprego em obras de pavimentação no Estado do Espírito

Santo. A escória analisada corresponde a um agregado siderúrgico de alta produção que

ocupa grandes áreas de estocagem de usinas. Pode ser usada nas diversas camadas do

pavimento: reforço do subleito, base e no revestimento betuminoso em substituição aos

agregados pétreos. Verificou-se que o material atende às especificações granulométricas,

possui elevado valor de CBR, baixo Los Angeles, boa adesividade para emulsões e cimento

asfáltico de petróleo (CAP).

No Rio Grande do Sul tem-se estudado a utilização da cinza volante em

misturas com solos arenosos. A cinza volante é obtida de usinas termoelétricas que utilizam

carvão pulverizado na produção de vapor ou da queima da casca de arroz. Quando misturada

com cal e água gera as reações pozolânicas com formação de silicatos e aluminatos que

funcionam como agentes cimentantes. Gonçalves et al. (1986) e Dias (1995) executaram

estudos em trechos experimentais com base composta de solo arenoso, cinza volante e cal.

Fogaça & Ceratti (1995, 1996) realizaram estudos considerando também a incorporação de

cimento à mistura de solo e cinza. Em todos os casos tem-se verificado bom comportamento.

Parreira & Oliveira (1995) realizaram estudo de desempenho em misturas de

solo e fosfogesso visando a sua utilização em obras rodoviárias. O fosfogesso é um resíduo

industrial obtido da fabricação de adubos, sendo identificado como um gesso químico

proveniente da produção de ácido fosfórico. Através de estudos de laboratório, concluiu-se

que o comportamento em termos de resistência à compressão simples de misturas de solos

tropicais e fosfogesso anidro é satisfatório quando comparado com o comportamento de

algumas misturas como solo-cal e solo-cimento.

Bodi et al. (1995) estudaram a utilização de entulho de construção civil

reciclado na pavimentação urbana em São Paulo. Este material já foi usado na região como

revestimento primário do subleito, visando minimizar a ocorrência de lama nos períodos

chuvosos ou poeiras nos períodos de estiagem, e também como reforço de subleito. Nesse

estudo analisou-se a utilização de entulhos na estabilização de solos. Verificou-se que os

grãos de entulho britado apresentam boa resistência à compressão quando comparados ao

entulho bruto, pois na britagem a fragmentação se dá no plano de menor resistência do

material. Logo, as frações menos resistentes são reduzidas às granulometrias de areias ou

31

solos e a curva de capacidade de suporte cresce com o aumento da porcentagem de entulho na

mistura.

2.6.5 - Utilização de Geotêxtil

Dependendo do caso analisado o geotêxtil pode ser considerado uma solução

para os problemas que geralmente ocorrem na estrutura do pavimento. Aranovich &

Ogurtsova (1987) estudaram a possibilidade de utilização de geotêxtil impermeabilizado com

betume, tendo sua resistência à abrasão incrementada com um tratamento superficial de

penetração e colocado sobre a superfície de uma base de argila vermelha compactada. A

função da manta era proteger a base de solo fino contra a água, a abrasão do tráfego e a

penetração dos agregados dos tratamentos superficiais.

Foram realizados alguns experimentos em rodovias paranaenses de baixo

volume de tráfego. Basicamente, o método construtivo consistiu na compactação de uma

camada de argila vermelha de 15 cm de espessura, na energia Proctor normal ou intermediário

e na umidade ótima. Depois estendeu-se a manta de poliéster (Bidim VP-75) e executou-se a

imprimação com emulsão catiônica de cura rápida (RR-1C), diluída com cerca de 10% de

água e distribuída numa taxa de 1,2 l/m2. Depois espalhou-se o agregado (diâmetro máximo

de 19 mm) e realizou-se o tratamento superficial convencional. A grande dificuldade

encontrada foi a execução de um controle de compactação severo em segmentos muito

longos. No entanto, o objetivo principal de proteger a base de solo fino foi atingido,

viabilizando seu uso em rodovias de tráfego baixo.

Atualmente o geotêxtil vem sendo utilizado como reforço das camadas do

pavimento evitando a propagação de trincas. Lopes (1992) analisa sua aplicação num trecho

experimental de uma rodovia no Distrito Federal. O geotêxtil foi impregnado com asfalto e

colocado como uma camada intermediária entre o revestimento antigo e o recapeamento

executado com concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ), retardando a reflexão de

trincas. Através de uma avaliação estrutural concluiu-se que o uso do geotêxtil pode permitir

uma redução de espessura da camada de reforço em CBUQ. Neste caso observou-se também

que o geotêxtil funcionou como impermeabilizante, por impedir o bombeamento de finos de

solo da camada de base pelas trincas. Maroni & Montez (1995) apresentam um relato sobre a

32

utilização do geotêxtil como retardador da propagação de fissuras em recapeamentos

asfálticos.

Lemos et al.(1995) apresenta o uso do geotêxtil em pavimentos sobre solo

mole. Neste caso ele é colocado na interface pavimento e solo mole e tem como função o

reforço.

33

CAPÍTULO 3

3. MATERIAIS E MÉTODOS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO DAS

ESTRUTURAS DE PAVIMENTO

Esta pesquisa foi desenvolvida através da execução de um trecho experimental

entre as estacas 126 e 163 da rodovia DF-205 Oeste, localizada no Distrito Federal (DF),

próxima à cidade de Sobradinho (Figuras 3.1 e 3.2). Esta rodovia já estava em funcionamento

como uma via não pavimentada. Durante a execução da pavimentação utilizou-se no trecho

experimental, subtrechos de materiais alternativos como componentes da base do pavimento.

Os subtrechos, todos constituídos apenas de subleito, base (20 cm de espessura) e

revestimento em tratamento superficial duplo com capa selante (3 cm de espessura), foram

estudados e analisados através de ensaios de laboratório e de campo.

Dentre os materiais citados no Capítulo 2 foram utilizados solo fino laterítico

encontrado no local da obra, solo fino estabilizado com cal e solo fino misturado com brita.

Procurou-se avaliar a utilização do geotêxtil como material impermeabilizante da base de solo

fino nas seguintes posições: interface subleito-base, interface base-revestimento e uma união

desses dois casos originando a base de solo fino envelopada. Além disso, nas proximidades da

rodovia funcionam pedreiras e indústrias de cimento. Logo, utilizou-se também como

material de base o rejeito produzido por este tipo de indústria denominado de expurgo ou

refugo de pedreira.

Através de análise do volume de tráfego verificou-se que a rodovia em estudo

apresenta tráfego do tipo leve com N = 7,6 x 105 operações do eixo padrão, com volume

médio diário (VDM) de aproximadamente 200 veículos, viabilizando o uso de materiais não

tradicionais. O Departamento de Estradas de Rodagem do Distrito Federal (DER-DF)

considera que, para rodovias com baixo volume de tráfego pode-se adotar base de 20 cm de

espessura como padrão. Logo, o projeto de toda a rodovia fixava a estrutura do pavimento em

subleito, base em solo-brita com 20 cm de espessura e revestimento em tratamento superficial

duplo. Foi mantida a espessura da base para todo o trecho experimental, executando a via com

34

duas faixas de rolamento de 3,5 m de largura e acostamento de 1,5 m de cada lado. Pretende-

se, a partir da construção do trecho e desses resultados iniciais, dar continuidade ao projeto de

pesquisa verificando-se o comportamento das bases em função de N e do tipo de material

utilizado.

Os métodos de ensaios utilizados para as análises dos materiais empregados

correspondentes aos ensaios de laboratório (caracterização e compactação) e de campo (frasco

de areia, CBR “in situ”, viga Benkelman, prova de carga sobre placa e pressiômetro) estão

apresentados juntamente com seus resultados no Capítulo 4.

Figura 3.1 - Localização da rodovia DF-205 Oeste

35

Figura 3.2 - Localização do trecho experimental na rodovia DF-205 Oeste

3.1 - MATERIAIS

Para a execução do trecho experimental foram utilizados nas bases dos

subtrechos os seguintes materiais: solo fino, cal, geotêxtil, expurgo de pedreira e brita.

O solo fino consiste em um solo argiloso encontrado no próprio local da obra

classificado no Sistema Unificado como MH, na AASHO como A-7-5 e no sistema MCT

como LG’. A caixa de empréstimo utilizada (Figura 3.3) está localizada junto à estaca 190 da

DF-205 Oeste ao lado do bordo direito. O uso de solo local visa a economia com transporte

de material, devendo-se evitar perda na qualidade e na capacidade de suporte da estrutura de

pavimento. Os principais problemas que podem ocorrer com o uso da argila laterítica são os

baixos valores da capacidade de suporte e o desenvolvimento de trincas que podem refletir na

superfície do pavimento e causar a sua degradação acelerada. Um dos procedimentos

adotados para aumentar a capacidade de suporte consiste na utilização de energias de

compactação maiores, tendo sido adotada, neste caso, a energia equivalente ao Proctor

intermediário com grau de compactação mínimo de 100% e umidade variando entre 21,0 e

25,0%, ou seja, entre wot - 2% e wot + 2%.

36

Figura 3.3 - Caixa de empréstimo de solo fino

Outra solução estudada para melhorar a capacidade de suporte da argila sem

aumentar muito o custo da base consiste na utilização da cal. Nesta pesquisa a cal utilizada foi

a do tipo hidratada CH - I da marca Itaú (São José da Lapa/MG). A partir de estudos de

laboratório optou-se por incorporar 2% em peso de cal ao solo fino, tendo a mistura sido feita

previamente na jazida de solo fino. As características da cal estão apresentadas na Tabela 3.1

e foram fornecidas pelo fabricante.

Segundo Castro & Vaine (1977), a condição mínima para uma cal dolomítica

ou calcítica ser usada em estabilizações de materiais rodoviários é que a soma dos teores de

óxido de cálcio (CaO) e óxido de magnésio (MgO) seja maior do que 70%. Neste caso esta

condição é verificada e pelo fato da cal utilizada ser do tipo cálcica tem-se que esta produz

menor resistência do que a outra, mas apresenta variações menores entre si. São também mais

finas, necessitam de maior teor de água para a densificação apropriada e possuem peso

específico menor. Lilli (1977) afirma, baseando-se em casos práticos, que a cal do tipo cálcica

37

mostra maiores benefícios quando a quantidade adicionada ao solo é pequena (1 a 3%), como

é o caso desta pesquisa (2%).

Tabela 3.1 - Características físico-químicas da cal hidratada

Parâmetros Valores (%) CaO total 72,80 MgO 0,50 Perda ao fogo 24,60 CO2 1,50 CaO disponível 66,10 Fe2O3 0,30 Al2O3 0,40 SiO2 1,20 S 0,09 SO3 0,40 Óxidos totais 97,50 Óxidos não hidratados 0,20 Retido na peneira 0,6 mm 0,00 Retido na peneira 0,075 mm 3,50

Com o objetivo de reforçar a estrutura do pavimento, evitar a penetração de

água na base por infiltração ou ascensão capilar e a reflexão de trincas, estudou-se o uso do

geotêxtil envelopando toda a base ou apenas nas superfícies inferior ou superior da base. Para

tanto optou-se por geotêxteis com gramatura menor como o Bidim OP-20, Bidim XT-4 e o

Geogrim GR-06. Suas principais características estão apresentadas na Tabela 3.2 e foram

fornecidas pelo fabricante. Todos eles correspondem a geotêxteis não tecidos, agulhados de

filamentos contínuos, 100% poliéster. A principal diferença entre eles é que o Geogrim,

identificado pela cor verde, é composto de material reciclado. Para exercer a função de

impermeabilizantes eles foram impregnados com asfalto diluído de petróleo (CM-30) onde o

querosene é o diluente, ou emulsão asfáltica (RR-2C) onde a água é o diluente. Os três tipos

de geotêxtil foram utilizados de modo a atender o fornecedor que pretendia testar os três

produtos neste tipo de obra. A Figura 3.4 ilustra a utilização do geotêxtil impregnado.

Tabela 3.2 - Características dos geotêxteis

Propriedade OP-20 XT-4 GR-06 Gramatura (g/cm2) 200 180 200 Espessura nominal (mm) 2,0 1,9 2,0

38

Porosidade (%) 93 93 93 Retenção de asfalto (l/m2) 2,0 2,0 2,0

Figura 3.4 - Utilização do geotêxtil impregnado na pista

Como a rodovia em estudo está localizada próxima a pedreiras e indústrias de

fabricação de cimento tornou-se interessante utilizar o material chamado de expurgo ou

refugo das mesmas. Este material consiste numa mistura de fragmentos de rocha e solo que

não são aproveitados pelas indústrias e pedreiras. Exclui-se do material utilizado as frações

com diâmetro superior a 10 cm. O expurgo utilizado foi retirado da pedreira Contagem - DF,

localizada aproximadamente a 12 km da obra. A área de empréstimo é mostrada na Figura

3.5.

Pela falta de jazida de cascalho disponível para a construção da rodovia o

DER-DF, através de estudos, decidiu utilizar a mistura solo-brita como base para toda a

rodovia a ser pavimentada. Optou-se pela mistura na proporção de 80% de pedrisco, pó de

39

pedra e brita de menor graduação (1,2 a 9,5 mm) com 20% do solo fino local. A mistura foi

executada na jazida de solo fino e em seguida transportada para a pista.

Figura 3.5 - Área de empréstimo do expurgo

O tipo de revestimento utilizado foi o tratamento superficial duplo com capa

selante e com penetração direta. Este revestimento possui uma espessura final de

aproximadamente 3 cm e sua execução consiste na aplicação de emulsão (RR-2C),

espalhamento de brita comercial no 2 (9,5 a 25,0 mm), segunda aplicação da emulsão,

espalhamento de brita 1 (4,8 a 19,0 mm) e última camada de emulsão seguida da distribuição

de brita 0 (1,2 a 9,5 mm). Posteriormente, executa-se a compactação com rolo liso.

40

3.2 - MÉTODOS

Para a realização dos estudos foi executado um trecho experimental de 440 m

dividido em subtrechos que se diferenciam pelo material utilizado na base compactados na

energia Proctor intermediário. Esse trecho experimental se localiza entre as estacas 126 e 163

da rodovia DF-205 Oeste, sendo dividido da seguinte forma:

• Estaca 126-130 (80 m): base em solo-brita sobre subleito em corte;

• Estaca 145-149 (80 m): base de expurgo sobre subleito em aterro;

• Estaca 149-153 (80 m): base de solo fino sobre subleito em aterro;

• Estaca 153-157 (80 m): base de solo-cal sobre subleito em aterro, sendo que a mistura foi

executada na própria caixa de empréstimo de solo fino;

• Estaca 157-159 (40 m): base de solo fino com geotêxtil entre a base e o revestimento sobre

subleito em corte;

• Estaca 159-161 (40 m): base de solo fino com geotêxtil entre o subleito e a base sobre

subleito em corte;

• Estaca 161-163 (40 m): base de solo fino envelopada com geotêxtil sobre subleito em

corte, conforme a Figura 3.6.

1a camada de geotêxtil 20 cm

1a

2a i i ã

3a 4a i i ãi i ã

i i ã

Revestimento

Subleito

Base de solo fino

2a camada de geotêxtil

41

Figura 3.6 - Seção transversal da base com solo fino envelopada

3.2.1 - Base de Solo-Brita

Como o restante da base da rodovia é de solo-brita escolheu-se o trecho entre

as estacas 126 e 130 (80 m) para a realização dos ensaios e análises deste material. A mistura

da brita com o solo fino foi realizada na própria jazida de solo fino (Figura 3.7).

Figura 3.7 - Mistura do solo fino com a brita

3.2.2 - Base de Expurgo

A base de expurgo foi executada segundo procedimentos tradicionais de

construção rodoviária, tendo sido eliminada a fração de granulometria superior a 10 cm. A

Figura 3.8 ilustra o espalhamento do expurgo na pista.

42

Figura 3.8 - Espalhamento do expurgo na pista

3.2.3 - Base de Solo Fino

Na base de solo fino seguiu-se o procedimento proposto por Nogami &

Villibor (1995), esperando um tempo de cura de 48 h após a compactação e observando o

trincamento que ocorre por retração. Durante a execução, evitou-se o excesso de compactação

e de água, prevenindo a formação de placas soltas ou lamelas que degradam o pavimento. A

Figura 3.9 ilustra o trincamento na base. Após a cura de 48 h foi removida a camada

superficial trincada (aproximadamente 2 cm) através de uma raspagem realizada com a

motoniveladora, objetivando o preenchimento das trincas mais profundas. Logo após,

executou-se a imprimação da base.

3.2.4 - Base de Solo-Cal

Na base de solo cal esperou-se o tempo de cura de sete dias depois da base

compactada, evitando-se a passagem de veículos pesados. A mistura do solo cal foi realizada

previamente na jazida de solo fino (Figura 3.10).

43

Figura 3.9 - Trincamento da base de solo fino

Figura 3.10 - Mistura do solo cal na jazida de solo fino

44

3.2.5 - Bases de Solo Fino com Geotêxtil

Nos subtrechos onde existe geotêxtil entre o subleito e a base (Estacas 159 a

163), o subleito foi imprimado com CM-30 a uma temperatura de 65o C numa taxa de 0,9

l/m2. A abertura do geotêxtil na pista foi feita de forma manual em três faixas longitudinais

com bobinas de 4,30 m de cada tipo de material. Observou-se a sobreposição de

aproximadamente 15 cm entre as faixas e as sobras de 50 cm nas laterais da pista, para a

posterior dobra no subtrecho envelopado. Depois das mantas totalmente abertas e sem rugas

executou-se a segunda imprimação com CM-30 a uma temperatura de 40o C e taxa de 1,2

l/m2. A utilização dessa taxa de CM-30 impossibilitou a compactação do geotêxtil tanto com

rolo liso como com rolo pneumático. Após a cura (24 horas), executou-se o espalhamento do

solo fino e posterior compactação. A Figura 3.11 ilustra a colocação do geotêxtil sobre o

subleito, sendo que os três tipos foram aplicados da direita para a esquerda na seguinte ordem:

OP-20, XT-4 e GR-06.

Figura 3.11 - Colocação do geotêxtil sobre o subleito

45

Depois de compactada a base de solo fino e executados os ensaios de campo,

realizou-se a imprimação de todas as bases do trecho experimental com CM-30 e esperou-se a

cura de 72 h. A Figura 3.12 mostra as bases compactadas antes da imprimação.

Figura 3.12 - Bases compactadas antes da imprimação

46

Nos subtrechos que receberam o geotêxtil entre a base e o revestimento

(Estacas 157 a 159 e Estacas 161 a 163) aplicou-se a emulsão RR-2C numa taxa de 0,5 l/m2

para promover a ligação entre a manta e a base imprimada. O geotêxtil foi colocado em três

faixas com sobreposição de 15 cm e compactado através do rolo liso CA-15. Nas Estacas 157

a 159 os rolos de geotêxtil foram aplicados da direita para a esquerda, na seguinte ordem:

OP-20, GR-06 e XT-4. Nas Estacas 161 a 163 aplicou-se, da direita para a esquerda, o OP-20,

o XT-4 e o GR-06 observando-se as sobras nas laterais para concluir o envelopamento com a

camada de geotêxtil, que já havia sido colocada entre o subleito e a base. A colocação do

geotêxtil sobre a base é mostrada na Figura 3.13 e a Figura 3.14 mostra o detalhe das dobras

laterais no subtrecho envelopado (Estacas 161 a 163).

Figura 3.13 - Colocação do geotêxtil sobre a base

47

20 cm GR-06 XT-4 OP-20

Subleito

Base de solo fino

Figura 3.14 - Detalhe das dobras laterais do geotêxtil

Com a finalidade de melhor ilustrar o subtrecho de base de solo fino executado

com o uso de geotêxtil são apresentadas na Figura 3.15 as seções transversais dos subtrechos.

48

(a)

(b)

20 cm

GR-06 XT-4 OP-20

Subleito

Base de solo fino

(c)

Figura 3.15 - Seção transversal geral dos subtrechos com geotêxtil: (a) Estaca 157 a 159

(geotêxtil entre base e revestimento); (b) Estaca 159 a 161(geotêxtil entre subleito e base);

20 cm

GR-06 XT-4 OP-20

GR-06 XT-4 OP-20

Base de solo fino

Subleito

(c) Estaca 161 a 163 (base envelopada)

Depois de finalizada a colocação do geotêxtil sobre a base aplicou-se

novamente a emulsão numa taxa maior (1,2 l/m2) e iniciou-se a execução do tratamento

superficial duplo em todo o trecho experimental (Figura 3.16). Inicialmente, executou-se o

revestimento sobre a faixa de rolamento, sendo que o revestimento do acostamento foi

realizado posteriormente por possuir uma camada a menos de brita.

49

CAPÍTULO 4

4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

4.1 - ENSAIOS DE LABORATÓRIO

4.1.1 - Caracterização

É necessário conhecer as características e as propriedades tradicionais dos

materiais empregados na construção de pavimentos rodoviários de modo a classificá-los

quanto ao potencial de uso. Com esta finalidade, foram realizados ensaios para determinação

da granulometria, limite de liquidez, limite de plasticidade e índice de plasticidade. Para os

materiais em que se realizou ensaio de sedimentação determinou-se também a massa

específica dos grãos de solo (ρ).

Os resultados obtidos são apresentados nas Tabelas 4.1 e 4.2 para o subleito e

para a base respectivamente. No caso do subleito os ensaios foram realizados segundo

metodologia do DER-DF que fixa a coleta de amostras a cada dez estacas, ou seja, a cada 200

metros em locais de regularização, corte e aterro.

Tabela 4.1 - Caracterização dos materiais do subleito

Propriedades Estaca 117 Regular.

Estaca 127 Corte

Estaca 137 Aterro

Estaca 147 Aterro

Estaca 157 Corte

Estaca 167 Regular.

wL (%) 45,6 44,0 48,6 45,0 46,9 52,3 wP (%) 32,8 29,0 34,8 31,1 35,5 35,7 IP (%) 12,8 15,0 13,8 13,9 11,4 16,6 Pedregulho(%) 2,5 1,4 3,4 2,8 2,8 2,2 Areia (%) 12,3 4,3 10,6 11,3 9,1 8,9 Silte+Argila(%) 85,2 94,3 86,0 85,9 88,1 88,9 Classificação AASHO

A-7-5 A-7-6 A-7- 5 A-7-5 A-7-5 A-7-5

Sistema Unificado

ML ML ML ML ML MH

Classificação expedita

argila escura

silte amarelo

argila vermelha

argila escura

argila vermelha

argila vermelha

51

Os resultados apresentados na Tabela 4.1 mostram que o trecho de corte

(Estaca 127) atingiu o solo saprolítico denominado na classificação expedita de silte amarelo

e que, segundo a classificação da “American Association of State Highway Officials”

(AASHO), foi o único a se enquadrar no subgrupo A-7-6. Os demais se enquadraram no

subgrupo A-7-5.

Pela Tabela 4.2 observa-se que nenhum material estudado obedeceu às

limitações especificadas para base de wL menor que 25% e IP menor que 6% (Souza, 1979).

Logo, quanto à caracterização, são considerados materiais não tradicionais. No entanto, a

maioria dos materiais apresenta IP maior que 10% como os materiais empregados no Plano de

Pavimentação de 1956/60. Na Tabela 4.2 os resultados de plasticidade do solo-cal e do solo-

brita correspondem aos ensaios realizados com as misturas.

Tabela 4.2 - Caracterização dos materiais constituintes da base

Propriedades Solo Fino Solo-Cal (2%)

Expurgo Solo-Brita (4:1)

wL (%) 57,6 52,0 32,9 29,0 wP (%) 38,6 37,0 24,5 18,1 IP (%) 19,0 15,0 8,5 10,9 Pedregulho (%) 0,6 0,3 65,9 54,3 Areia (%) 3,1 10,1 12,0 19,4 Silte+Argila (%) 96,3 89,6 22,1 26,2 ρ (g/cm3) 2,78 - 3,00 2,72 Classificação AASHO A-7-5 A-7-5 A-2-4 A-2-4 Sistema Unificado MH MH GM SC Classificação MCT LG’ - - -

A Figura 4.1 mostra as curvas granulométricas dos materiais de subleito e base

obtidas através de ensaios de peneiramento sem sedimentação. As características de

plasticidade e granulometria do subleito ao longo do trecho experimental podem ser

observadas nas Figuras 4.2 e 4.3 respectivamente. Estas figuras mostram que tais

características são bastantes homogêneas no trecho experimental.

52

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

0 ,0 0 1 0 ,0 1 0 ,1 1 1 0 1 0 0D iâ m e tro d o s g rã o s (m m )

% q

ue p

assa

E s ta c a 1 1 7 - S u b le i toE s ta c a 1 2 7 - S u b le i toE s ta c a 1 3 7 - S u b le i toE s ta c a 1 4 7 - S u b le i toE s ta c a 1 5 7 - S u b le i toE s ta c a 1 6 7 - S u b le i toS o lo B r i ta (4 :1 )S o lo C a l (2 % )E x p u rg oS o lo F in oF a ix a DF a ix a B

Figura 4.1 - Curvas granulométricas dos materiais obtidas através de ensaio sem sedimentação

Observa-se que o solo do subleito e o solo fino utilizado como base possuem

características semelhantes, sendo que o último possui maior teor de finos e maior

plasticidade. Com a incorporação de cal ao solo fino obteve-se redução na plasticidade do

solo, sem que esta fosse, no entanto, inferior às plasticidades obtidas para o solo do subleito.

O expurgo e o solo-brita constituem materiais mais granulares. Pela forma da curva

granulométrica observa-se que o solo-brita é melhor graduado que o expurgo e se enquadra na

faixa D, definida pelo Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER), enquanto o

expurgo se enquadra melhor na faixa B (Figura 4.1).

05

10152025303540455055

115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170E stacas

wL,

wP e

IP (%

)

w Lw PIP

53

Figura 4.2 - Comportamento do subleito quanto à plasticidade

80

82

84

86

88

90

92

94

96

115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170Estacas

% q

ue p

assa

na

#200

Figura 4.3 - Comportamento do subleito quanto à porcentagem passante na peneira no 200

Realizou-se a análise granulométrica dos solos naturais incluindo

sedimentação apenas para o solo fino (Amostra 1) e para o expurgo (Amostra 11) utilizado

como material de base. Foram executados ensaios de sedimentação com e sem o uso do

defloculante hexametafosfato de sódio. Nos ensaios com defloculante seguiu-se a NBR-7181

(ABNT, 1984a). A metodologia utilizada nos demais ensaios distinguiu-se apenas pelo não

uso do defloculante. Para verificar a eventual interferência da energia de compactação na

desestruturação do solo fino foram realizados ensaios de sedimentação em amostras naturais e

compactadas nas condições a seguir:

• Amostra 1A: solo fino natural com defloculante;

• Amostra 1B: solo fino natural sem defloculante;

• Amostra 2: solo fino compactado na energia Proctor normal e umidade ótima, sem

defloculante;

• Amostra 3: solo fino compactado na energia Proctor normal e umidade ótima menos 2%,

sem defloculante;

• Amostra 4: solo fino compactado na energia Proctor normal e umidade ótima mais 2%,

sem defloculante;

54

• Amostra 5A: solo fino compactado na energia Proctor intermediário e umidade ótima, sem

defloculante;

• Amostra 5B: solo fino compactado na energia Proctor intermediário e umidade ótima, com

defloculante;

• Amostra 6A: solo fino compactado na energia Proctor intermediário e umidade ótima

menos 2%, sem defloculante;

• Amostra 6B: solo fino compactado na energia Proctor intermediário e umidade ótima

menos 2%, com defloculante;

• Amostra 7A: solo fino compactado na energia Proctor intermediário e umidade ótima mais

2%, sem defloculante;

• Amostra 7B: solo fino compactado na energia Proctor intermediário e umidade ótima mais

2%, com defloculante;

• Amostra 8: solo fino compactado na energia Proctor modificado e umidade ótima, sem

defloculante;

• Amostra 9: solo fino compactado na energia Proctor modificado e umidade ótima menos


• Amostra 10: solo fino compactado na energia Proctor modificado e umidade ótima mais


• Amostra 11A: expurgo com defloculante;

• Amostra 11B: expurgo sem defloculante.

As curvas granulométricas obtidas através dos ensaio são mostradas nas Figura

4.4 a 4.10, onde os valores colocados na legenda entre parênteses correspondem às umidades

de compactação das amostras.

55

0102030405060708090100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100Diâmetro dos grãos (mm)

% q

ue p

assa

Amostra 1A (2,5%) Amostra 1B (2,5%)Amostra 11A (2,3%) Amostra 11B (2,3%)

Figura 4.4 - Curvas granulométricas do solo fino e do expurgo utilizados na base

0102030405060708090100

0,001 0,01 0,1 1 10Diâmetro dos grãos (mm)

% q

ue p

assa

Amostra 2 (25,6%) Amostra 3 (21,7%)Amostra 4 (27,6%) Amostra 1B (2,5%)

Figura 4.5 - Curvas granulométricas do solo fino compactado na energia Proctor normal

56

0102030405060708090100


% q

ue p

assa

Amostra 5A (25,3%) Amostra 5B (25,5%)Amostra 6A (23,2%) Amostra 6B (23,4%)Amostra 7A (26,8%) Amostra 7B (27,0%)Amostra 1A (2,5%) Amostra 1B (2,5%)

Figura 4.6 - Curvas granulométricas do solo fino compactado na energia Proctor intermediário

0102030405060708090100


% q

ue p

assa

Amostra 8 (22,3%) Amostra 9 (19,9%)Amostra 10 (24,4%) Amostra 1B (2,5%)

Figura 4.7 - Curvas granulométricas do solo fino compactado na energia Proctor modificado

57

0102030405060708090100


% q

ue p

assa

Amostra 2 (25,6%) Amostra 5A (25,3%)Amostra 5B (25,5%) Amostra 8 (22,3%)Amostra 1B (2,5%)

Figura 4.8 - Curvas granulométricas do solo fino compactado na umidade ótima em diferentes

energias

0102030405060708090100


% q

ue p

assa


Figura 4.9 - Curvas granulométricas do solo fino compactado na umidade ótima menos 2% em diferentes energias

58

0102030405060708090100


% q

ue p

assa


Figura 4.10 - Curvas granulométricas do solo fino compactado na umidade ótima mais 2% em diferentes energias

Pelas Figuras 4.4 a 4.10 tem-se que:

• O uso do defloculante hexametafosfato de sódio no ensaio de sedimentação tem como

principal função a destruição das concreções do solo argiloso fino laterítico. Conforme

observado por Guimarães et al. (1997), verifica-se na Figura 4.4 uma grande diferença

entre as curvas granulométricas obtidas nos ensaios realizados com defloculante (Amostra

1A) e com água destilada (Amostra 1B), mostrando que o solo fino natural apresenta-se

bastante agregado e que estas agregações são na maioria estáveis em presença de água;

• Este fato é confirmado quando são comparadas na Figura 4.6 as curvas das amostras

compactadas na energia Proctor intermediário com e sem defloculante (Amostra 5A x

Amostra 5B, Amostra 6A x Amostra 6B, Amostra 7A x Amostra 7B);

• Ao comparar a curva granulométrica do solo fino obtida sem o uso de defloculante (Figura

4.4) com as do solo fino compactado e ensaiado na mesma condição (Figuras 4.5 a 4.7),

observa-se que o processo de compactação gera agregados estáveis em presença de água;

• Quando se compara as curvas do solo fino natural (Amostra 1A) com as do solo fino

compactado com o uso de defloculante (Amostras 5B, 6B e 7B), observa-se que o solo

59

compactado apresenta menor teor de finos indicando assim que os agregados gerados pela

compactação não são, em sua totalidade, desfeitos pelo uso do defloculante;

• Entre as umidades ótima e ótima menos 2% praticamente não se registra diferenças entre

as curvas granulométricas. No ramo úmido (umidade ótima mais 2%) a compactação

quebra parte das agregações existentes nas frações silte e areia gerando um material mais

fino (Figuras 4.5 a 4.7);

• Nas Figuras 4.8 a 4.10 observa-se que o solo fino compactado na energia Proctor

modificado apresenta uma pequena tendência à maior desestruturação;

• De uma forma geral, verifica-se que o aumento da umidade influencia mais no processo de

desestruturação do solo fino do que o aumento da energia de compactação;

• No caso do expurgo, que apresenta granulometria mais grossa, observa-se pequena

diferença entre as curvas com e sem defloculante (Amostras 11A e 11B), sendo que esta se

concentra na faixa entre os diâmetros de 0,001 e 0,05 mm.

4.1.2 - Compactação, Expansão e CBR

Foram realizados, segundo a NBR-7182 (ABNT, 1986a), ensaios de

compactação na energia Proctor normal para os solos do subleito, nas três energias para o solo

fino utilizado na base (Proctor normal, intermediário e modificado) e na energia Proctor

intermediário para os demais materiais de base. Ensaios de expansão e CBR segundo NBR-

9895 (ABNT, 1987) também foram feitos sobre estes materiais compactados, onde o índice

CBR corresponde à capacidade de suporte do material na condição ótima e CBR max indica o

maior valor de CBR obtido no ensaio.

Além dos parâmetros tradicionais, calculou-se as inclinações da parte retilínea

do ramo seco e do ramo úmido das curvas de compactação. Estas foram definidas como a

relação entre a variação do peso específico aparente seco em kN/m3 e a variação da umidade

em porcentagem.

A escolha do local para a execução do trecho experimental levou em

consideração a ausência de curvas na pista e a possibilidade de se ter um subleito homogêneo,

evitando-se, dessa forma, interferências nos resultados das análises de campo. Mesmo assim,

60

algumas variações nas características de compactação e no comportamento dos solos podem

ser observadas para o subleito através da Tabela 4.3 e das Figuras 4.11 e 4.12. É importante

destacar que o solo da Estaca 127 que apresenta menor CBR e maior expansão foi

classificado como pertencente ao subgrupo A-7-6, enquanto os demais foram classificadas no

subgrupo A-7-5. Observa-se também que todas as estacas apresentaram expansão inferior a

2% obedecendo o critério de Souza (1979) para subleito.

Tabela 4.3 - Resultado do ensaio de compactação do subleito - Energia Proctor Normal

Propriedades Estaca 117

Regular.

Estaca 127

Corte

Estaca 137

Aterro

Estaca 147

Aterro

Estaca 157

Corte

Estaca 167

Regular. γd max (kN/m3) 14,7 16,0 16,0 15,9 14,9 14,7 wot (%) 23,5 20,4 22,0 18,5 23,1 25,6 CBR (%) 7,0 2,2 13,0 6,3 8,3 12,8 Expansão (%) 0,14 1,34 0,09 0,67 0,08 0,22 wCBR max (%) 23,5 20,4 21,5 21,4 22,9 25,6 CBR max (%) 7,0 2,2 14,5 9,0 8,5 12,8 Inclinação do ramo seco (kN/m3/%)

0,32 0,14

0,45

0,77

0,42

0,18

Inclinação do ramo úmido (kN/m3/%)

0,23 0,33 0,15 0,19 0,22 0,28

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

17,0

18,0

12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0w (%)

γ d (k

N/m

3 )

Estaca 117- Regularização Estaca 127 - CorteEstaca 137 - Aterro Estaca 147 - AterroEstaca 157- Corte Estaca 167 - RegularizaçãoCurva de saturação

Figura 4.111 - Curvas de compactação do subleito

61

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0w (%)

CB

R (%

)

Estaca 117- Regularização Estaca 127 - CorteEstaca 137 - Aterro Estaca 147 - AterroEstaca 157- Corte Estaca 167 - Regularização

Figura 4.112 - Curvas de CBR do subleito

As análises granulométricas do solo fino compactado em diferentes condições

de umidade e energia de compactação mostraram que no ramo seco a textura é muito

preservada. Já no ramo úmido ocorre quebra importante das partículas. Portanto, enquanto a

inclinação do ramo seco constitui um indicativo do grau de agregação dos solos lateríticos, a

do ramo úmido indica a fragilidade dessas agregações. Assim sendo, quanto mais suave é a

inclinação do ramo úmido mais frágeis são as agregações.

Com base nessas considerações, tentou-se correlacionar os valores de CBR

máximo com as inclinações do ramo seco e do ramo úmido (Equações 4.1 a 4.4 e Figuras 4.13

a 4.16). As correlações abrangem seis pontos correspondentes aos ensaios com o material do

subleito e um ponto do ensaio com o solo fino usado como base compactado na energia

Proctor normal (Tabela 4.4).

Para a inclinação do ramo seco observa-se que os resultados não são bons, mas

existe uma certa tendência de que com o aumento da inclinação do ramo seco ocorra aumento

no valor de CBR máximo (Equação 4.1 e Figura 4.13). Quando despreza-se do cálculo da

linha de tendência os dois pontos mais extremos do subleito que não apresentam

62

comportamento semelhante aos demais, obtém-se uma melhor correlação (Equação 4.2 e

Figura 4.14).

(4.1) CBRmax iR

SECO=

=

17 390 37

0 68

2

,,

,

(4.2) CBRmax iR

SECO=

=

35 630 97

1 43

2

,,

,

onde:

• CBR max = máximo valor de CBR (%);

• iSECO = inclinação do ramo seco (kN/m3/%);

• R2 = coeficiente de correlação.

02468

101214161820

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8Inclinação do ramo seco (kN/m3/%)

CB

Rm

ax (%

)

Figura 4.113 - Correlação entre CBR max e inclinação do ramo seco considerando os sete pontos

63

02468

101214161820

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8Inclinação do ramo seco (kN/m3/%)

CB

R m

ax (%

)

Figura 4.114 - Correlação entre CBR max e inclinação do ramo seco considerando apenas cinco pontos

Na correlação com o ramo úmido os resultados já são melhores. Considerando-

se todos os pontos a correlação ainda ficou ruim (Equação 4.3 e Figura 4.15). Mesmo assim

observa-se que a inclinação do ramo úmido diminui com o valor do CBR. Quando despreza-

se apenas um ponto, observa-se um melhor ajuste (Equação 4.4 e Figura 4.16):

(4.3) CBRmax eR

iUMIDO=

=

−38 420 61

6 94

2

,,

,

(4.4) CBRmax iR

UMIDO= − +

=

68 81 23 300 962

, ,,

onde:

• iÚMIDO = inclinação do ramo úmido (kN/m3/%).

64

02468

1012141618

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35


CB

Rm

ax (%

)

Figura 4.115 - Correlação entre CBR max e inclinação do ramo úmido considerando os sete

pontos

02468

1012141618

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35Inclinação do ramo úmido (kN/m3/%)

CB

Rm

ax (%

)

Figura 4.116 - Correlação entre CBR max e inclinação do ramo úmido considerando seis pontos

As Figuras 4.14 e 4.16 mostram que comparativamente aos demais materiais

estudados o solo fino da base apresenta um bom grau de agregação e que estas agregações são

relativamente mais estáveis.

Os resultados dos ensaios de compactação do solo fino utilizado como base

são mostrados na Tabela 4.4 e nas Figura 4.17 e 4.18. Na energia Proctor modificado o

65

material apresentou valor de CBR maior que 40, sendo aceito pelo critério de Baptista (1979).

Geralmente, as bases tradicionais no DER-DF são compactadas na energia intermediária.

Portanto, optou-se por compactar a base de solo fino também na energia intermediária,

obtendo-se assim uma base com capacidade de suporte maior que a do subleito.

Tabela 4.4 - Resultados do ensaio de compactação do solo fino nas três energias

Propriedades Normal Intermediária Modificada

γd max (kN/m3) 15,2 16,0 16,7 wot (%) 24,0 23,7 21,4 CBR (%) 17,0 23,0 43,0 Expansão (%) 0,24 0,00 0,35 wCBR max (%) 23,9 22,5 20,7 CBR max (%) 17,1 25,0 45,0 Inclinação do ramo seco (kN/m3/%)

0,62 0,76 0,63


0,08 0,38 0,61

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

17,0

18,0

14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0w (%)

γ d (

kN/m

3 )

Normal Intermediária Modificada Curva de Saturação

Figura 4.117 - Curvas de compactação do solo fino para diferentes energias

66

0,05,0

10,015,020,025,030,035,040,045,050,0

12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0w (%)

CB

R (%

)

Normal Intermediária Modificada

Figura 4.118 - Curvas de CBR do solo fino para diferentes energias de compactação

Dos resultados apresentados na Tabela 4.4 tem-se que a inclinação do ramo

seco para as três energias possui valores aproximados e, mesmo assim, o valor de CBR varia

de modo significativo. No entanto, observa-se que a inclinação do ramo seco é crescente com

o aumento do valor de CBR máximo (Figura 4.19 e Equação 4.5).

(4.5) CBRmax iR

UMIDO= +

=

51 34 10 720 902

, ,,

onde:

• CBRmax = valor máximo de CBR (%);

• iÚMIDO = inclinação do ramo úmido (kN/m3/%).

67

05

101520253035404550

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7Inclinação do ramo úmido (kN/m3/%)

CB

Rm

ax (%

)

Figura 4.119 - Correlação entre o CBR máximo e a inclinação do ramo úmido para diferentes energias de compactação

Os resultados das análises granulométricas mostraram que apenas umidades

superiores à ótima permitiam a desestruturação das agregações através do processo de

compactação e que o simples aumento da energia não gerava desagregações significativas.

Tais resultados são coerentes com as inclinações dos ramos secos para as três energias, ou

seja, as inclinações são praticamente constantes para as diferentes energias o que indica que

as agregações foram igualmente preservadas. Já no ramo úmido observa-se a ocorrência de

grandes variações na inclinação indicando que houve quebra dos grãos com o aumento da

energia de compactação.

Pode-se afirmar ainda que, apesar do número limitado de ensaios, para este

solo, o CBR correspondente à umidade ótima depende do peso específico aparente seco e da

umidade de compactação conforme o esperado. As Figuras 4.20 e 4.21 ilustram esse

comportamento.

68

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

15,0 15,2 15,4 15,6 15,8 16,0 16,2 16,4 16,6 16,8γd máx (kN/m3)

CB

R (%

)


Figura 4.20 - Curva CBR x peso específico aparente seco máximo (solo fino)

10

15

20

25

30

35

40

45

21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5wot (%)

CB

R (%

)


Figura 4.21 - Curva CBR x umidade ótima (solo fino)

69

Em geral a adição da cal provoca redução no peso específico aparente seco

máximo, aumento no teor de umidade ótima e melhoria na capacidade de suporte (Pinto et al.,

1978). A Tabela 4.5 e Figura 4.22 mostram que, para o solo estudado, as tendências quanto às

variações de peso específico e teor de umidade não se confirmam, devendo-se ressaltar o

tempo de cura considerado consistiu apenas na imersão do molde em água por um período de

quatro dias para a realização do ensaio de CBR e expansão. Já o CBR apresentou um aumento

significativo e crescente com a incorporação de 1 e 2% de cal, atingindo posteriormente

valores aproximadamente constantes (Figura 4.23).

Tabela 4.5 - Resultados obtidos para a mistura solo-cal (Energia Proctor Intermediário)

Propriedades 0 % 1 % 2 % 3,5 % 5 %

γd max (kN/m3) 16,2 15,6 16,2 15,9 15,6 wot (%) 23,4 24,7 23,2 23,7 23,8 CBR (%) 22,0 58,0 90,0 82,0 88,0 Expansão (%) 0,00 0,00 0,06 0,00 0,00 wCBR max (%) 22,2 23,4 22,5 23,1 23,1 CBR max (%) 25,0 70,0 93,0 93,0 94,0 Inclinação do ramo seco (kN/m3/%)

0,73 0,76 0,53 0,33 0,26


0,39 0,25 0,31 0,19 0,26

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

17,0

18,0

15,0 17,0 19,0 21,0 23,0 25,0 27,0 29,0 31,0

w (%)

γ d (k

N/m

3 )

0% 1% 2% 3,5% 5% Curva de Saturação Figura 4.22 - Curvas de compactação na energia intermediária para diferentes teores de cal

70

0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,0

100,0

12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0 32,0

w (%)

CB

R (%

)

0% 1% 2% 3,5% 5%

Figura 4.23 - Curvas de CBR para os diferentes teores de cal

As Figuras 4.24 a 4.26 ilustram melhor as influências do teor de cal no peso

específico, na umidade ótima e no CBR do solo estabilizado. A Figura 4.27 mostra que a

inclinação do ramo seco diminui com o aumento do teor de cal o que contradiz a expectativa

de uma maior agregação do solo pela cal. Já na Figura 4.28 observa-se uma tendência na

redução da inclinação do ramo úmido, sendo que o maior valor é verificado para o solo fino

sem incorporação de cal. Logo, no ramo úmido tem-se agregações mais estáveis. É importante

notar nestas cinco figuras que os pontos de máximo ou mínimo, conforme o caso, não

correspondem a um único teor de cal.

Analisando-se técnica e economicamente os resultados dos ensaios optou-se

por usar no campo 2% em peso de cal misturado com o solo fino, já que a partir deste ponto

não observou-se aumento na capacidade de suporte da mistura. Além disso, para esse teor de

incorporação de cal observa-se maior valor para o peso específico aparente seco máximo e

estabilidade no valor da umidade ótima a partir dele. Cabe lembrar que quanto menor o teor

de cal maior é a dificuldade de se obter uma mistura homogênea no campo.

71

15,315,415,515,615,715,815,916,016,116,2

0,0 1,0 2,0 3,5 5,0Teor de cal (%)

γ d m

áx (k

N/m

3 )

Figura 4.24 - Comportamento do peso específico aparente seco máximo para os diferentes

teores de cal

22,622,823,023,223,423,623,824,024,224,424,624,8

0,0 1,0 2,0 3,5 5,0Teor de cal (%)

w o

t (%

)

Figura 4.25 - Comportamento da umidade ótima para os diferentes teores de cal

0102030405060708090

0,0 1,0 2,0 3,5 5,0Teor de cal (%)

CB

R (%

)

Figura 4.26 - Comportamento do CBR para os diferentes teores de cal

72

00,10,20,30,40,50,60,70,8

0,0 1,0 2,0 3,5 5,0Teor de cal (%)

Incl

inaç

ão d

o ra

mo

seco

(k

N/m

3 /%)

Figura 4.27 - Variação da inclinação do ramo seco para os diferentes teores de cal

0,00,10,10,20,20,30,30,40,4

0,0 1,0 2,0 3,5 5,0Teor de cal (%)

Incl

inaç

ão d

o ra

mo

úmid

o (k

N/m

3 /%)

Figura 4.28 - Variação da inclinação do ramo úmido para os diferentes teores de cal

Para melhor entender a influência da água no comportamento do solo fino com

e sem adição de cal foram realizados ensaios de laboratório sobre amostras inundadas e não

inundadas. Após ensaios de compactação na energia Proctor intermediário foram realizados

ensaios de expansão e de CBR sobre corpos de prova curados por quatro dias com imersão em

água e de CBR sobre corpos de prova sem cura e sem imersão. Neste estudo utilizou-se o solo

natural e a mistura com 2% de cal. Os resultados são apresentados na Tabela 4.6 e nas Figuras

4.29 a 4.31. É importante salientar que os valores de peso específico aparente seco máximo e

umidade ótima encontrados na Tabela 4.6 para o solo fino são diferentes dos apresentados na

Tabela 4.5. Este fato é explicado pela nova coleta de material na jazida de solo fino para a

73

realização desses ensaios. Logo, esta variação observada está dentro da repetibilidade da

jazida.

Tabela 4.6 - Comparações entre o solo fino e o solo com 2% de cal

Propriedades Solo Fino com

imersão

Solo Fino sem

imersão

Solo-Cal com

imersão

Solo-Cal sem

imersão γd max (kN/m3) 15,7 15,8 15,7 15,6 wot (%) 24,8 24,4 23,6 25,7 CBR (%) 18,0 27,0 109,0 58,0 Expansão (%) 0,14 - 0,09 - wCBR max (%) 23,6 23,5 23,0 22,5 CBR max (%) 19,6 38,4 112,0 61,0 Inclinação do ramo seco (kN/m3/%)

0,32 0,48 0,41 0,35

Pelas Figuras 4.29 a 4.31 conclui-se que neste solo, devido à coincidência dos

ramos úmidos dos dois materiais no estado natural e inundado, a contribuição da sucção é

desprezível a partir da umidade ótima. Observa-se também que as agregações eventualmente

formadas pela ação da cal durante a homogeneização podem, no ramo úmido, ser destruídas

pelo processo de compactação conforme já visto na análise granulométrica realizada para o

solo não estabilizado compactado. Tal fato estaria conduzindo os solos natural e estabilizado

à mesma curva CBR x γd (Figura 4.31) no ramo úmido. As inclinações médias dos ramos

secos e as umidades ótimas do solo com e sem cal são muito próximas. Isto indica que a cal

não está gerando a agregação do solo.

Para o solo fino natural o ensaio realizado com imersão apresenta no ramo

seco redução no valor de CBR em relação ao ensaio sem imersão. Já no caso do solo fino com

incorporação de 2% de cal verifica-se o contrário. No primeiro caso a sucção pode ser

responsável pelo maior valor de CBR obtido sem imersão. No segundo, as reações químicas

e/ou trocas catiônicas e/ou floculação geram maior ganho que o originado pela sucção.

Recomenda-se, no entanto, a realização de ensaios de sucção em amostras com e sem adição

de cal.

74

13,2

13,6

14,0

14,4

14,8

15,2

15,6

16,0

12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0 32,0w (%)

γ d (k

N/m

3 )

Solo fino com imersão Solo fino sem imersãoSolo cal com imersão Solo cal sem imersão

Figura 4.29 - Curvas de compactação para comparação entre o solo fino e o solo com 2% de cal

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0 32,0w (%)

CB

R (%

)

Solo fino com imersão Solo fino sem imersãoSolo cal com imersão Solo cal sem imersão

Figura 4.30- Curvas de CBR para comparação entre o solo fino e o solo com 2% de cal

75

0 ,0

20 ,0

40 ,0

60 ,0

80 ,0

100 ,0

120 ,0

13 ,2 13 ,6 14 ,0 14 ,4 14 ,8 15 ,2 15 ,6 16 ,0γd (kN /m 3)

CB

R (%

)

S o lo fino com im ersão S olo fino sem im ersãoS olo cal com im ersão S olo cal sem im ersão

Figura 4.31 - CBR x peso específico aparente seco para o solo fino e o solo com 2% de cal

Os resultados dos ensaios realizados com o expurgo e o solo-brita estão na

Tabela 4.7 e nas Figuras 4.32 e 4.33. Observa-se que o peso específico seco máximo e a

umidade ótima dos dois materiais são próximos, mas a diferença na capacidade de suporte é

grande, sendo que a mistura solo-brita apresenta maior resistência. A Figura 4.34 mostra, no

entanto, que ao substituir o peso específico aparente seco (γd) pelo índice de vazios (e) na

relação com o teor de umidade de compactação, a diferença entre as curvas do expurgo e do

solo-brita é ampliada. Verifica-se assim, que dependendo da massa específica dos grãos do

solo (ρ), a análise do comportamento com base em γd fica comprometida por não considerar a

porosidade do solo.

Tabela 4.7 - Resultado do ensaio de compactação para o expurgo e a mistura solo-brita

Propriedades Expurgo Solo-Brita γd max (kN/m3) 21,2 21,8 wot (%) 8,3 7,8 CBR (%) 27,0 77,0 Expansão (%) 0,30 0,00 wCBR max (%) 8,2 7,4 CBR max (%) 28,0 85,3 Inclinação do ramo seco (kN/m3/%) 0,44 1,00

76

19,0

19,5

20,0

20,5

21,0

21,5

22,0

2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0w (%)

γ d (

kN/m

3 )

Solo Brita (4:1) Expurgo

Figura 4.32 - Curvas de compactação do expurgo e da mistura solo-brita

0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,0

2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

w (%)

CB

R (%

)

Solo Brita (4:1) Expurgo

Figura 4.33 - Curvas de CBR do expurgo e da mistura solo-brita

77

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0w (%)

e

Solo-Brita (4:1) Expurgo

Figura 4.34 - Curvas de e x w para o expurgo e a mistura solo-brita

4.1.3 - Classificação MCT

Foram realizados ensaios da Metodologia MCT apenas com o solo fino

constituinte da camada de base. Os resultados são apresentados na Tabela 4.8 e nas Figuras

4.35 a 4.37.

Tabela 4.8 - Resultados dos ensaios da Metodologia MCT

No de Golpes

γd (kN/m3)

wot (%)

c’ d’ PI (%)

e' Grupo MCT

Solo Fino 12 15,8 24,9 1,51 35 46 1,01 LG’

Por esta metodologia o solo fino estudado é classificado como um solo

argiloso de comportamento laterítico do tipo I. Nogami e Villibor (1995) observam que estes

solos geralmente apresentam c’ (coeficiente angular da curva de deformabilidade

correspondente a mini-MCV igual a 10) elevado, d’ (inclinação da parte retilínea do ramo

seco da curva de compactação correspondente a 12 golpes) acima de 20 e PI (perda por

imersão correspondente a mini-MCV igual a 15) menor que 100. O coeficiente e’,

78

determinado em função de d’ e PI, indica se o solo tem comportamento laterítico ou não.

Geralmente, se e’ é menor que 1,15 o solo pode ser considerado de comportamento laterítico.

As seqüências de 1 a 5 das curvas de deformabilidade mostradas no gráfico dL

(variação da altura) x NMCT (número de golpes) da Figura 4.35 correspondem

respectivamente aos corpos de prova moldados nos teores de umidade de 29,1%, 27,2%,

24,9%, 23,0% e 20,0%.

A Figura 4.36 mostra as curvas de compactação determinadas para cada

número de golpes e a Figura 4.37 apresenta o resultado do ensaio de perda de massa por

imersão para cada amostra. Para este estudo observa-se que o ensaio de mini-CBR não foi

realizado pelo fato de já se conhecer o valor de CBR pelo ensaio convencional.

0

2

4

6

8

10

12

1 10NMCT (golpes)

dL (m

m)

100

Seqüência 1 (29,1%)





Curva com mini-MCV = 10

01

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Mini-MCV

Figura 4.35 - Curvas de deformabilidade (MCT)

79

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0 27,0 28,0 29,0 30,0Umidade (%)

Mas

sa E

spec

ífica

Sec

a (k

g/m

3 ) 2 golpes

3 golpes

4 golpes

6 golpes

8 golpes

12 golpes

16 golpes

32 golpes

64 golpes

128 golpes

Figura 4.36 - Curvas de compactação (MCT)

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0Mini-MCV

P.I.

(%)

Figura 4.37 - Perda de massa por imersão (MCT)

4.1.4 - Comparações com outros solos

A Divisão de Tecnologia do DER-DF realizou um estudo de 16 jazidas do

Distrito Federal através de ensaios de caracterização, compactação (Proctor normal) e

metodologia MCT. Os resultados são apresentados em um relatório (Curado et al., 1998) onde

o objetivo principal foi determinar uma correlação entre o mini-CBR e o CBR. Paranhos

(1998) também apresenta estudos sobre solos do Distrito Federal, visando a classificação

geotécnica dos solos da região situada entre Samambaia e Gama.

80

Para melhor entender o comportamento dos solos tropicais da região busca-se

também neste trabalho correlacionar outras propriedades destes solos e situar o solo fino

utilizado na base em relação a eles. Para tanto utilizou-se os resultados do solo fino aplicado

no trecho experimental (jazida 1), os dos 16 solos apresentados por Curado et al. (1998)

(jazidas 2 a 17) e 16 amostras estudadas por Paranhos (1998) (jazidas 18 a 33). As Tabelas

4.9 e 4.10 mostram as características destes solos e a Figura 4.38 apresenta a classificação

MCT. Ressalta-se que para o caso dos solos das jazidas 18 a 33 não se tem resultados

referentes às porcentagens que passam em todas as peneiras, ensaio de compactação, CBR e

mini-CBR.

Observa-se na Figura 4.38 que o solo fino utilizado na camada de base é aqui

classificado como LG’ na fronteira com LA’. É importante destacar que a grande maioria dos

solos estudados por Paranhos (1998) se classifica como LA enquanto os estudados por

Curado (1998) são predominantemente LG’. Logo, os solos finos superficiais do Distrito

Federal até aqui estudados são ,na quase totalidade, lateríticos com textura variando de

arenosa a argilosa.

0,5

1

1,5

2

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3Coeficiente c'

Índi

ce e

'

Jazida 1

Jazidas 2 - 17(Curado et al.,1998)Jazidas 18 -33(Paranhos,1998)

NS’ NA

NG’

NA’

LA’ LG’

LA

Figura 4.38 - Classificação MCT dos solos do Distrito Federal

81

Tabela 4.9 - Caracterização dos solos analisados (Curado, 1998; Paranhos, 1998) Jazida % passando Propriedades Classificação

No Local 3/4" 3/8"

no 4

no 10

no 40

no 200

wL (%)

IP (%)

IG AASHO Unificada

1 DF-205 (Oeste)

- - 100,0 99,4 97,9 96,3 57 19 15 A-7-5 MH

2 DF-001 - - 100,0 99,7 97,5 89,9 46 12 10 A-7-5 ML

3 DF-405 - - 100,0 98,8 93,2 85,3 50 14 11 A-7-5 ML

4 DF-130 - - 100,0 99,6 98,4 90,9 54 17 13 A-7-5 MH

5 DF-260 - - 100,0 95,4 88,9 83,4 48 11 10 A-7-5 ML

6 DF-205 - - 100,0 98,9 92,9 74,1 44 10 9 A-5 ML

7 BR-070 - - 100,0 97,9 95,8 91,7 43 10 9 A-5 ML

8 DF-290 - - 100,0 98,9 95,4 71,1 43 9 8 A-5 ML

9 DF-001 - - 100,0 98,1 95,6 89,5 46 10 9 A-5 ML

10 DF-345 - - - 100,0 96,7 41,1 NP NP 0 A-4 -

11 DF-001 - - 100,0 99,7 97,3 88,7 46 15 11 A-7-5 ML

12 DF-445 - - 100,0 99,3 97,6 82,9 50 14 11 A-7-5 ML

13 DF-430 - - 100,0 98,4 91,8 76,7 47 11 10 A-7-5 ML

14 DF-100 100,0 99,9 98,5 90,7 83,4 76,2 52 17 13 A-7-5 MH

15 DF-100 - - 100,0 97,9 95,2 92,6 49 13 12 A-7-5 ML

16 DF-100 - - 100,0 98,1 95,1 91,1 52 13 11 A-7-5 MH

17 DF-330 - - 100,0 98,8 97,2 90,1 51 14 12 A-7-5 MH

18 P05-1m - - - - - 75,0 45 16 13 A-7-6 ML

19 P05-5m - - - - - 62,0 49 17 10 A-7-5 ML

20 P06-1m - - - - - 82,0 49 18 17 A-7-5 ML

21 P07-1m - - - - - 67,0 36 10 6 A-4 ML

22 P07-5m - - - - - 19,0 18 - 0 A-3 -

23 P08-1m - - - - - 72,0 47 12 10 A-7-5 ML

24 P08-5m - - - - - 90,0 65 21 26 A-7-5 MH

25 P08-9m - - - - - 91,0 63 19 24 A-7-5 MH

26 P09-1m - - - - - 85,0 48 11 13 A-7-5 ML

27 P09-5m - - - - - 68,0 59 19 15 A-7-5 MH

28 P10-1m - - - - - 65,0 40 14 8 A-7-6 ML

29 P10-3m - - - - - 73,0 35 13 8 A-7-5 CL

30 P10-5m - - - - - 77,0 35 16 11 A-7-6 CL

31 P11-1m - - - - - 86,0 43 13 13 A-7-5 ML

32 P11-3m - - - - - 75,0 47 14 12 A-7-5 ML

33 P11-5m - - - - - 60,0 44 13 7 A-7-5 ML

82

Tabela 4.10 - Compactação e metodologia MCT dos solos analisados (Curado, 1998; Paranhos, 1998) Jazida

no

γdmáx

(kN/m3)

wot

(%)

CBR

(%)

Expansão

(%)

c’ d’ PI

(%)

e’ Mini-

CBR

Grupo

MCT

1 15,2 24,0 17,0 0,2 1,51 35 46 1,01 - LG’

2 14,0 28,3 13,3 0,0 1,80 35 3 0,85 10,9 LG’

3 13,3 31,2 9,1 0,0 1,99 69 13 0,75 10,1 LG’

4 13,4 30,6 10,7 0,0 1,83 55 29 0,87 9,3 LG’

5 14,5 28,0 10,9 0,0 1,56 35 32 0,96 9,2 LG’

6 14,1 25,1 13,4 0,1 1,51 21 17 1,03 9,5 LG’

7 14,1 29,0 13,4 0,0 1,89 11 10 1,24 - NG’

8 14,3 27,7 11,8 0,1 1,80 84 29 0,81 11,1 LG’

9 14,4 28,9 19,4 0,0 1,65 89 6 0,66 20,7 LG’

10 18,2 13,4 14,5 0,0 0,86 22 103 1,24 - NA’

11 14,0 30,4 5,4 0,0 1,54 39 13 0,86 6,0 LG’

12 13,7 30,1 13,6 0,2 1,48 6 0 1,50 - NS’

13 14,3 29,8 11,0 0,0 1,66 54 0 0,72 7,7 LG’

14 15,3 25,8 13,1 0,1 1,28 51 27 0,87 10,4 LA’

15 14,3 29,0 11,7 0,0 1,74 20 0 1,00 8,2 LG’

16 14,6 28,1 8,9 0,0 1,69 92 7 0,66 8,5 LG’

17 13,1 29,2 10,3 0,0 1,60 66 19 0,79 8,5 LG’

18 - - - - 0,23 39 93 0,48 - LA

19 - - - - 0,27 27 90 0,56 - LA

20 - - - - 0,11 09 80 1,04 - NA

21 - - - - 0,32 13 120 0,69 - LA/NA

22 - - - - 1,25 09 150 1,24 - NS’

23 - - - - 0,45 08 50 1,05 - NA

24 - - - - 0,42 16 100 0,76 - LA

25 - - - - 0,40 74 78 0,35 - LA

26 - - - - 0,43 37 122 0,59 - LA

27 - - - - 1,98 10 90 0,97 - NS’

28 - - - - 0,65 12 105 0,92 - NA’

29 - - - - 0,91 05 274 2,20 - NS’

30 - - - - 0,88 03 315 3,47 - NS’

31 - - - - 0,44 14 100 0,81 - LA

32 - - - - 0,20 34 70 0,43 - LA

33 - - - - 0,34 44 108 0,51 - LA

83

As correlações realizadas entre as propriedades índices tradicionais e os

coeficientes encontrados na metodologia MCT podem ajudar a entender melhor o

comportamento dos solos lateríticos. Além disso, quando estas correlações são consideradas

simples, é possível prever algumas propriedades do solo sem que seja necessário executar

ensaios específicos mais complicados ou de maior custo.

Nogami e Villibor (1995) verificam que existe razoável correlação entre o

coeficiente c’ e o limite de liquidez (wL) e sugerem a possibilidade de desenvolver uma

classificação dos solos tropicais substituindo c’ por wL. Para os solos do Distrito Federal

verifica-se que esta substituição não seria de um modo geral possível, pois estas duas

propriedades quando correlacionadas conjuntamente para os solos arenosos e argilosos

apresentaram grande dispersão (Figura 4.39). No entanto, é possível perceber que tal

correlação seria em princípio aceitável para os solos arenosos e siltosos em que c’ aumenta

com a redução de wL (R2 = 0,90 ). O coeficiente c’ pode não apresentar boa correlação com as

propriedades índices tradicionais, pois corresponde a uma medida particular de deformação

durante a compactação.

10

20

30

40

50

60

70

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2Coeficiente c'

wL (

%)

LG' (Jazida 1) LG' (Curado et al.,1998) LA' (Curado et al.,1998)NG' (Curado et al.,1998) NS' (Curado et al.,1998) LA (Paranhos,1998)NA (Paranhos,1998) NA' (Paranhos,1998) NS' (Paranhos,1998)NG' (Paranhos,1998)

Figura 4.39 - Comparação entre o coeficiente c’ e wL

84

Tem-se buscado ainda, relacionar c’ com o tamanho dos grãos. Nogami et al.

(1989) observam que um c’ elevado (maior que 1,5) caracteriza os solos argilosos e que c’

baixo (menor que 1,0) corresponde às areias e siltes não plásticos. Já para valores de c’

compreendidos entre 1,0 e 1,5 tem-se solos com uma grande variedade granulométrica como

as areias siltosas, areias argilosas, argilas arenosas, argilas siltosas e outros. Quando se

compara c’ com a porcentagem de finos passando na peneira 200 (0,075 mm) observa-se uma

grande dispersão no caso dos solos tropicais tanto de São Paulo como do Distrito Federal

(Figura 4.40). Tal fato pode ser explicado pela interferência da granulometria, forma dos

grãos e mineralogia nos valores de c’. No entanto, é importante observar que, apesar dos solos

estudados por Paranhos (1998) e Curado (1998) apresentarem teores semelhantes da fração

que passa na peneira de malha no 200, a classificação dos dois quanto à natureza da textura,

arenosa e argilosa respectivamente, é coincidente nos dois casos (Figura 4.38 e 4.40).

0102030405060708090

100

0 0,5 1 1,5 2 2,5Coeficiente c'

% p

assa

ndo

na #

200

Mistura 1 (Nogami et al.,1989) Mistura 2 (Nogami et al.,1989)Mistura 3 (Nogami et al.,1989) São Paulo (Nogami et al.,1989)Distrito Federal (Jazida 1) Distrito Federal (Curado et al., 1998)Distrito Federal (Paranhos,1998)

Misturas Finos Areias

Peneiras limites Graduação Cu Cc 1 NS’ 0,42-0,21 mm Má 1,2 1,1 2 LG’ 0,42-0,21 mm Má 1,2 1,1 3 LG’ 1,19-0,075 mm Boa 4,3 0,9

Figura 4.40 - Correlação entre o coeficiente c’ e a porcentagem que passa na peneira no 200

85

A literatura mostra que o coeficiente d’ relaciona-se diretamente com o peso

específico seco máximo (γdmax). Este fato pode ser visualizado na Figura 4.41 para os solos

dos Estados de Ohio (Road Research Laboratory, 1952) e Nova Iorque (Peak, 1976). Já para

os solos tropicais esta relação não é verificada. Na mesma figura, observa-se que tanto para os

solos do Estado de São Paulo (Nogami et al., 1989) como para os do Distrito Federal não é

possível obter um comportamento homogêneo. Cabe destacar que os três solos de

comportamento não laterítico estudados para o Distrito Federal se aproximam dos resultados

obtidos para Ohio e Nova Iorque. Além disso, conforme já observado, as argilas lateríticas

apresentam valores de d’ superiores a 20. Este valor está relacionado com as particularidades

de agregação desse solo e ao elevado teor de óxido de ferro e alumínio que ele apresenta.

13

14

15

16

17

18

19

20

21

1 10Coeficiente d'

γ dm

áx (k

N/m

3 )

100

Distrito Federal - Laterítico(Jazida 1)Distrito Federal - Laterítico(Curado et al.,1998)Distrito Federal - NãoLaterítico (Curado et al.,1998)São Paulo - Não Laterítico(Nogami et al.,1989)São Paulo - Laterítico (Nogamiel al.,1989)Ohio (Road ResearchLaboratory,1951)Nova Iorque (Peak,1976)

Figura 4.41 - Correlação entre o coeficiente d’ e o peso específico aparente seco máximo

A perda de massa por imersão (PI) pode ser relacionada com muitas

propriedades. Para a classificação MCT o valor de PI considerado corresponde a uma

determinada condição que varia se o solo tem baixa ou elevada massa específica. Em vários

trabalhos tem-se observado que o valor de PI diminui com o aumento da massa específica

seca em solos lateríticos. Para os solos lateríticos do Distrito Federal este fato não pode ser

86

visualizado (Figura 4.42). Já para os solos não lateríticos, mesmo com número limitado de

pontos, observa-se que com o aumento de PI tem-se o aumento da massa específica seca. Este

fato não corresponde aos resultados esperados, sendo necessário um número maior de ensaios

e solos estudados para que se conclua sobre o assunto para os solos regionais.

y = 0,0438x + 13,682R 2 = 0,9999

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

17,0

18,0

19,0

20,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110PI (% )

γ d

max

(kN

/m3 )

Laterítico (Curado etal.,1998)Não Laterítico (Curado etal.,1998)

y = 0,0016x2 - 0,0514x + 14,339 R 2 = 0,3045

Figura 4.42 - Correlação entre PI e γdmax dos solos do Distrito Federal

4.2 - ENSAIOS DE CAMPO

Os ensaios de campo realizados nas camadas do trecho experimental foram:

frasco de areia, CBR “in situ”, viga Benkelman, prova de carga sobre placa e pressiômetro. A

seguir são apresentadas as metodologias usadas para a realização dos ensaios e os seus

resultados com as respectivas análises.

Nas provas de carga e nos ensaios de viga Benkelman, devido à maior área de

aplicação das cargas, as tensões atuam em mais de uma camada. Nesses casos, as análises a

serem apresentadas levam em conta somente a rigidez global da estrutura do pavimento. No

entanto, ressalta-se que, na continuidade da pesquisa, serão realizadas análises numéricas para

a determinação do módulo de deformação (E) de cada material. Com o conhecimento dos

módulos das camadas de revestimento, base e subleito tornar-se-á possível avaliar o

comportamento da estrutura do pavimento, verificando-se, através da realização de ensaios

periódicos, a velocidade de deterioração em função de cada tipo de base.

87

4.2.1 - Frasco de Areia

Este ensaio foi executado conforme a NBR-7185 (ABNT, 1986b) através do

qual determina-se a umidade e o peso específico aparente seco de campo. Utilizando-se esses

resultados e os oriundos dos ensaios de laboratório torna-se possível avaliar o grau de

compactação e o teor de umidade de campo em relação as especificações de projeto para que

se efetue a liberação do trecho compactado.

Os resultados obtidos nos ensaios realizados no subleito são apresentados na

Tabela 4.11 e nas Figuras 4.43 a 4.45, ressaltando que foram inicialmente especificados para

a compactação de campo um grau de compactação mínimo de 100% e uma faixa de umidade

compreendida entre menos 2% e mais 2% da ótima correspondente ao Proctor Normal. O

método de ensaios do DER-DF prevê a execução do frasco de areia de cinco em cinco estacas

(100 em 100 metros), sendo que no trecho experimental foram feitos ensaios em estacas

intermediárias. Portanto, quanto ao grau de compactação as estacas 120, 135, 152 e 160

ficaram fora da especificação de projeto. Quanto à umidade de campo apenas as estacas 120,

125, 135 e 156 ficaram dentro da faixa estabelecida.

Tabela 4.11 - Resultados do ensaio de frasco de areia realizado no subleito Estaca Posição w (%) γd (kN/m3) wot (%) γd máx

(kN/m3) GC (%)

115 direito 16,0 17,50 19,0 17,20 106 120 eixo 19,7 16,12 20,5 16,75 96 125 esquerdo 21,6 16,68 20,5 16,75 100 128 esquerdo 17,4 17,43 21,0 16,20 104 130 eixo 10,3 19,73 18,5 17,30 114 135 esquerdo 17,8 16,81 18,5 17,30 97 140 eixo 14,4 17,85 19,0 16,85 106 144 esquerdo 15,4 17,93 19,0 16,85 106 145 direito 16,4 17,78 19,0 16,85 106 148 esquerdo 11,9 19,07 20,5 16,75 114 150 eixo 13,2 17,72 20,5 16,75 106 152 direito 13,9 16,47 20,5 16,75 98 155 direito 16,7 17,24 21,0 16,20 106 156 direito 18,6 18,16 20,5 16,75 108 160 eixo 17,4 16,05 21,0 16,20 96 162 direito 17,4 17,43 21,0 16,20 108 165 esquerdo 18,3 17,30 21,5 15,80 107 170 eixo 19,0 16,64 21,5 15,80 103

88

Apesar da maioria dos pontos se encontrarem em uma umidade de

compactação inferior a faixa especificada (Figura 4.43), apenas quatro pontos não satisfazem

o critério estabelecido para o peso específico e grau de compactação (Figuras 4.44 e 4.45).

Isto mostra que pode ter ocorrido perda de umidade após a compactação do solo. A Figura

4.46 mostra a tendência de alinhamento dos pares de valores γd x w para laboratório e campo .

Verifica-se que os pontos estão localizados entre as curvas correspondentes a 65% e a 90% de

grau de saturação.

79

1113151719212325

110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175Estacas

w (%

)

Umidade de campo Faixa de variação de umidade especificada

Figura 4.43 - Características do subleito ao longo do trecho quanto à umidade de compactação de campo

141516171819202122

110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175Estacas

d (kN

/m3 )

Peso específico aparente seco de campo Limite mínimo para o peso específico

Figura 4.44 - Características do subleito ao longo do trecho quanto ao peso específico aparente seco de campo

89

95

100

105

110

115

110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175Estacas

GC

(%)

Grau de compactação Limite mínimo para o grau de compactação

Figura 4.45 - Características do subleito ao longo do trecho quanto ao grau de compactação

Observa-se também na Figura 4.46 que os pontos de laboratório apresentam

uma tendência linear (Equação 4.6) paralela à curva de saturação, enquanto que os pontos de

campo apresentam uma regressão polinomial (Equação 4.7) mostrando que o material na sua

maior parte foi compactado no ramo seco ou se encontrava no ramo seco quando foi realizada

a determinação da umidade de campo.

(4.6) γ d wR

= − +

=

0 39 24 550 782

, ,,

(4.7) γ d w wR

= − +

=

0 02 0 91 26 950 81

2

2

, ,,

,

onde:

• γd = peso específico aparente seco em kN/m3;

• w = umidade em %.

90

��

��

��

��

��

1415161718192021222324

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24w (%)

γ d (k

N/m

3 )

Laboratório Campo Curva de saturação (90 %) Curva de saturação (65 %)��

��Polinômio (Campo ) Linear (Laboratório )

Figura 4.46 - Relação entre umidade e peso específico aparente seco de campo e de laboratório dos materiais de subleito

Para as diferentes bases executadas e compactadas na energia Proctor

intermediário, os resultados são apresentados na Tabela 4.12 e nas Figuras 4.47 a 4.49.

Destaca-se que foram especificados em projeto um grau de compactação mínimo de 100% e

uma faixa de umidade variando de mais 2% a menos 2% da ótima.

A Tabela 4.12 mostra que, quanto ao grau de compactação, as estacas 125,

130, 147 e 152 ficaram fora das especificações de projeto. Quanto ao teor de umidade o

mesmo ocorreu para as estacas 125, 152, 153, 155 e 157.

Tabela 4.12 - Resultados do ensaio de frasco de areia realizado nas bases Estaca Material w (%) γd (kN/m3) w ot (%) γd máx (kN/m3) GC (%)

125 Solo Brita 4,3 22,50 7,2 22,66 97 130 Solo Brita 5,2 21,72 7,2 22,66 97 147 Expurgo 8,2 21,15 8,6 21,27 99 152 Solo Fino 19,8 15,82 24,0 16,00 99 152 Solo Fino 19,9 15,82 24,0 16,00 99 153 Solo Cal 20,0 17,07 25,1 15,40 111 155 Solo Cal 20,7 16,44 25,1 15,40 107 157 Solo Cal 20,8 16,80 25,1 15,40 109 160 Solo Fino 24,5 16,22 24,0 16,00 101

91

Observa-se que a maioria dos pontos da base de solo fino, solo-cal e de solo-

brita se encontram em uma umidade de compactação inferior a faixa especificada (Figura

4.47). Quanto ao peso específico e ao grau de compactação as bases de solo-brita, expurgo e

um ponto da base de solo fino não se encontram dentro dos critérios estabelecidos (Figuras

4.48 e 4.49). Logo, no campo esses materiais podem apresentar comportamento pior do que o

previsto em laboratório. Nas figuras os subtrechos estão identificados por letras cujos

significados são: SB (solo-brita), EX (expurgo), SF (solo fino), SC (solo-cal), S (geotêxtil

superior), I (geotêxtil inferior) e E (base envolopada).

SB EX SF SC S I E

0

5

10

15

20

25

30

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

w (%

)

Umidade de campo Faixa de variação de umidade especificada

Figura 4.47 - Características das bases ao longo do trecho quanto à umidade de compactação de campo

SB EX SF SC S I E

12

14

16

18

20

22

24

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

d (kN

/m3 )

Peso específico aparente seco de campo Limite mínimo

Figura 4.48 - Características das bases ao longo do trecho quanto ao peso específico aparente seco de campo

92

SB EX SF SC S I E

949698

100102104106108110112

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

GC

(%)

G rau de compactação Limite mínimo para o grau de compactação

Figura 4.49 - Características das bases ao longo do trecho quanto ao grau de compactação

4.2.2 - CBR “in situ”

O CBR “in situ” foi baseado na norma NBR - 9895 (ABNT, 1987) para

laboratório, sendo que no campo o pistão padrão é fixado num caminhão carregado com 8,2 t

e a umidade de ensaio é a determinada em campo. Este sistema pode ser melhor visualizado

na Figura 4.50.

Como resultado obtém-se o Índice de Suporte Califórnia (ISC) ou “California

Bearing Ratio” (CBR) da camada da mesma forma que é determinado em laboratório e o

módulo de reação (kCBR) definido pela Equação 4.8:

kPrCBRr= (4.8)

onde:

• Pr = pressão aplicada no pistão necessária para produzir um determinado recalque;

• r = recalque (considerando metade das penetrações padrões: 1,27 e 2,54 mm).

Os resultados encontrados para o subleito são apresentados na Tabela 4.13 e

nas Figuras 4.51 a 4.54.

93

Figura 4.50 - Ensaio de CBR “in situ”

Tabela 4.13 - Resultado do ensaio de CBR “in situ” no subleito

Estaca GC (%) w (%) CBR (%) kCBR1,27 (MPa/m)

kCBR2,54 (MPa/m)

128 (1) 36,0 944,9 905,5 128 (2) 104 14,5 45,5 1023,6 1023,6 128 (3) 34,1 787,4 748,0 144 (1) 48,4 1339,6 1181,1 144 (2) 103 16,0 52,6 1417,3 1417,3 144 (3) 55,0 1732,3 1456,7 148 (1) 114 10,5 53,1 1574,8 1456,7 148 (2) 54,0 1653,5 1496,1 152 (1) 98 16,4 56,9 1732,3 1535,4 152 (2) 59,7 1811,0 1653,5 156 (1) 108 14,8 55,9 1653,5 1535,4 156 (2) 57,8 1732,3 1535,4 162 (1) 104 13,0 47,4 1102,4 1102,4 162 (2) 49,3 944,9 944,9

94

Na Figura 4.51 são mostradas as curvas da pressão x penetração do subleito.

Em algumas estacas foram realizados ensaios mudando a posição de aplicação (cerca de 20

cm) para verificar se ocorriam grandes variações. Os números 1 a 3 dispostos entre parênteses

diferenciam os ensaios realizados na mesma estaca. Tanto a Tabela 4.13 como a Figura 4.51

mostram que a repetibilidade do ensaio de campo não é pior que a do ensaio de laboratório.

As Figuras 4.52 a 4.54 mostram o comportamento do subleito ao longo do trecho

experimental utilizando-se valores médios dos ensaios para cada estaca.

012345678

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1Penetração (mm)

Pres

são

(MPa

/m)

0

Estaca 128 (1) Estaca 128 (2) Estaca 128 (3) Estaca 144 (1) Estaca 144 (2) Estaca 144 (3) Estaca 148 (1) Estaca 148 (2) Estaca 152 (1) Estaca 152 (2) Estaca 156 (1) Estaca 156 (2) Estaca 162 (1) Estaca 162 (2)

Figura 4.51 - Curvas pressão x penetração do subleito

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

125 130 135 140 145 150 155 160 165 170Estacas

w (%

)

w CBR de campo w ot laboratóriow do ensaio de frasco de areia w CBR max

Figura 4.52 - Características do subleito ao longo do trecho quanto às umidades

95

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

125 130 135 140 145 150 155 160 165 170Estacas

CB

R (%

)

CBR campo CBR de laboratório em w ot na condição inundadaCBR máximo de laboratório na condição inundada

Figura 4.53 - Características do subleito ao longo do trecho quanto aos valores médios de

CBR

0200400600800

10001200140016001800

125 130 135 140 145 150 155 160 165 170Estacas

k C

BR (

MPa

/m)

k CBR1,27 de campok CBR2,54 de campok CBR1,27 de laboratório em wotk CBR2,54 de laboratório em wotkCBR1,27 máximo de laboratório na condição inundadakCBR2,54 máximo de laboratório na condição inundada

Figura 4.54 - Características do subleito ao longo do trecho quanto aos valores médios dos

módulos de reação

96

Observa-se que as umidades do subleito são menores que as umidades ótimas

determinadas para as estacas. Nas estacas 128, 148, 156 e 162 as umidades do ensaio de CBR

“in situ” são menores do que as umidades determinadas durante a compactação no campo. O

CBR de campo apresenta em todas as estacas valores superiores aos encontrados em

laboratório. Esse fato pode ser explicado pelo ensaio em laboratório ser realizado sobre

corpos de prova que foram inundados durante quatro dias em água. No campo esta condição

não acontece. Isto mostra que para os solos finos a condição inundada é muito severa para os

projetos de pavimento, onde a umidade de equilíbrio é normalmente menor ou igual a de

compactação.

Os módulos de reação kCBR acompanham a tendência do CBR, sendo que os

valores de campo são maiores que os de laboratório. Observa-se que, em geral, os módulos

encontrados para a penetração de 1,27 mm não são muito maiores que os determinados para a

penetração de 2,54 mm indicando, assim, um comportamento bastante elástico linear até 2,54

mm de penetração.

A Tabela 4.14 apresenta os resultados do ensaio de CBR “in situ” para as

bases. A Figura 4.55 mostra as curvas de pressão x penetração, sendo que as letras

apresentadas na legenda indicam o tipo de base: SB (solo-brita), EX (expurgo), SF (solo fino)

e SC (solo-cal). Cabe destacar que o solo fino a um grau de compactação de 109% apresenta

valores de CBR e kCBR compatíveis com o do solo brita a 97% de grau de compactação e

superior ao expurgo com 99% de grau de compactação. Nas bases a repetibilidade dos ensaios

foi muito boa, mesmo para os materiais granulares como o expurgo e solo-brita.

Tabela 4.14 - Resultados dos ensaios de CBR “in situ” nas bases

Estaca Material GC (%) w (%) CBR (%) kCBR1,27 (MPa/m)

kCBR2,54 (MPa/m)

129 (1) Solo-Brita 97 5,2 56,9 1968,5 1574,8 129 (2) 55,0 1496,1 1496,1 146 (1) Expurgo 99 3,5 49,3 1496,1 1259,8 146 (2) 50,3 1259,8 1259,8 152 (1) Solo Fino 96 20,7 34,8 787,4 629,9 152 (2) 35,7 944,9 826,8 156 (1) Solo-Cal 107 21,3 39,8 866,1 866,1 156 (2) 38,9 944,9 944,9 158 (1) Solo Fino 109 19,1 58,0 1732,3 1574,8 158 (2) 54,1 1732,3 1456,7

97

0123456789

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1Penetração (mm)

Pres

são

(MPa

)

0

Estaca 129+10 (1) - SB Estaca 129+10 (2) - SB Estaca 146 (1) - EXEstaca 146 (2) - EX Estaca 152 (1) - SF Estaca 152 (2) - SFEstaca 156 (1) - SC Estaca 156 (2) - SC Estaca 158 (1) - SFEstaca 158 (2) - SF

Figura 4.55 - Curvas pressão x penetração nas bases dos diversos pavimentos

Devido a mudanças da localização inicialmente determinada para a execução

do trecho experimental e da divisão do mesmo em subtrechos os ensaios da base não foram

realizados sobre as mesmas estacas ensaiadas no subleito. De uma forma geral essas

mudanças não devem interferir na análise final a que esse projeto se propõe, mesmo porque o

trecho estudado para as bases encontra-se dentro do estudado para o subleito.

Nas Figuras 4.56 a 4.58 são mostradas as características das bases quanto à

umidade, CBR e módulo de reação. Os tipos de bases para cada subtrecho são identificadas

pelas seguintes abreviações: SB (solo-brita), EX (expurgo), SF (solo fino), SC (solo-cal) e S

(solo fino com geotêxtil superior).

Os teores de umidade para os quais foram realizados os CBR de campo são

inferiores aos que correspondem em laboratório à umidade ótima e ao CBR máximo (Figura

4.56).

Apenas o solo-brita e o solo-cal apresentaram CBR de campo inferiores ao de

laboratório, apesar da condição não inundada (Figura 4.57). Tal constatação aponta para a

98

maior dificuldade em se obter no campo uma boa mistura para estes materiais. No caso do

solo-cal, os resultados concordam com os obtidos em laboratório com relação ao efeito da

inundação

SB EX SF SC S

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

125 130 135 140 145 150 155 160Estacas

w (%

)

w CBR campo w ot laboratório w campo (frasco de areia) w CBR máx

Figura 4.56 - Características das bases ao longo do trecho quanto às umidades

SB EX SF SC S

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

125 130 135 140 145 150 155 160Estacas

CB

R (%

)

CBR campo CBR de laboratório em w ot na condição inundadaCBR máximo de laboratório na condição inundada

Figura 4.57 - Características das bases ao longo do trecho quanto aos valores médios de CBR

99

SB EX SF SC S

500

1000

1500

2000

2500

3000

125 130 135 140 145 150 155 160Estacas

k C

BR (

MPa

/m)

k CBR1,27 de campok CBR2,54 de campok CBR1,27 de laboratório em wotk CBR2,54 de laboratório em wotkCBR1,27 máximo de laboratório na condição inundadakCBR2,54 máximo de laboratório na condição inundada

Figura 4.58 - Características das bases ao longo do trecho quanto aos valores médios dos módulos de reação

Para uma umidade de campo (3,5%) bem menor do que a ótima (8,3%), a base

de expurgo teve um valor para o CBR de campo (50,3%) maior que o valor do CBR de

laboratório (27%). Tal comportamento se deve à condição não inundada de campo que pode

gerar uma contribuição significativa da sucção.

Para a base de solo fino da Estaca 152 a umidade de campo estava 3% abaixo

da ótima e o CBR de campo (35,3%) foi maior que o CBR de laboratório (23%). Já para a

base de solo fino da Estaca 158 a umidade de campo estava cerca de 4,5% menor que a ótima

e o CBR de campo apresentou valores da ordem de 54%, sendo maior do que o valor

determinado em laboratório (23%). O fato da base da Estaca 158 estar mais seca que a base

de solo fino da Estaca 152 pode explicar o valor mais elevado do seu CBR de campo. Isso

mostra a importância de se evitar infiltração de água em bases de solos finos argilosos.

100

4.2.3 - Viga Benkelman

Este ensaio foi executado de acordo com a especificação ME 24 (DNER,

1975). A Figura 4.59 ilustra a sua realização, onde é possível determinar as deflexões no

pavimento ocorridas devido a ação de um caminhão carregado com 8,2 t. Dentre os resultados

obtidos tem-se a deflexão real do pavimento no ponto de prova (Do), o raio de curvatura (R) e

a bacia de deslocamento. O módulo de reação do ensaio de viga kVIGA foi definido pela

Equação 4.9:

kP

DoVIGA = (4.9)

sendo:

• P = pressão aplicada no pavimento pelo pneu do caminhão.

Figura 4.59 - Execução do ensaio de Viga Benkelman

101

Os resultados obtidos para o subleito são apresentados na Tabela 4.15 e nas

Figuras A.1 e A.2 do Apêndice A. Com os resultados do ensaio determinou-se a média ( X )

dos parâmetros analisados e o desvio padrão (s) correspondente. Fixando-se um intervalo com

a soma e a diferença entre a média e o desvio padrão, desconsiderou-se os valores que não se

enquadravam nessa faixa e calculou-se a média final ( FINAL) e o desvio padrão final (s

). A Figura 4.60 apresenta as bacias de deslocamentos médias para os materiais de corte

e aterro.

X

FINAL

Tabela 4.15 - Resultados do ensaio de viga Benkelman no subleito

Estaca Local Do ( x 0,01mm) R (m) RDo (m.mm) k(MPa/m)

VIGA

126 + 10 corte 72,3 259,4 18750,0 774,6 127 + 10 corte 36,1 311,2 11250,0 1549,2 128 + 10 corte 40,2 222,3 8928,6 1394,3 129 + 10 corte 84,3 222,3 18750,0 663,9 157 + 10 corte 56,2 259,4 14583,3 995,9 158 + 10 corte 82,3 311,2 25625,0 680,1 159 + 10 corte 70,3 259,4 18229,2 796,7 160 + 10 corte 70,3 311,2 21875,0 796,7 161 + 10 corte 64,3 155,6 10000,0 871,4

X 64,0 256,9 - 947,0 s 17,0 51,9 - 315,7

X FINAL 66,7 244,6 16314,8 797,0 s FINAL 6,6 20,3 - 113,2

142 + 10 aterro 84,3 222,3 18750,0 663,9 143 + 10 aterro 104,4 311,2 32500,0 536,3 144 + 10 aterro 70,3 259,4 18229,2 796,7 145 + 10 aterro 50,2 194,5 9765,6 1115,4 146 + 10 aterro 80,3 155,6 12500,0 697,1 147 + 10 aterro 152,6 155,6 23750,0 366,9 148 + 10 aterro 32,1 311,2 10000,0 1742,9 149 + 10 aterro 74,3 155,6 11562,5 753,7 150 + 10 aterro 38,2 259,4 9895,8 1467,7 151 + 10 aterro 74,3 172,9 12847,2 753,7 152 + 10 aterro 96,4 155,6 15000,0 581,0 153 + 10 aterro 64,3 172,9 11111,1 871,4 154 + 10 aterro 98,4 155,6 15312,5 569,1 155 + 10 aterro 30,1 259,4 7812,5 1859,0 156 + 10 aterro 70,3 259,4 18229,2 796,7

X 71,8 200,6 - 964,6 s 34,2 55,8 - 480,5

FINAL 71,9 164,8 11849,1 767,3

102

s FINAL 19,5 14,3 - 174,1

Pode-se observar que, no subleito, Do variou entre 32,1x10-2 mm e

152,6x10-2 mm, mostrando a não homogeneidade do material. O raio de curvatura (R)

mostrou valores maiores que 100 m em todas as estacas, chegando ao valor máximo de 311,2

m. Segundo a norma PRO-11(DNER, 1979), R > 100 m indica bom comportamento

estrutural. Moreira (1977) sugere que valores superiores a 5500 m.mm para o produto RDo

significam pavimentos sem problemas estruturais. Neste caso, RDo variou de 7812,5 m.mm a

32500,0 m.mm sendo que a média no trecho em corte foi de 16314,8 m.mm e no aterro foi de

11849,1 m.mm. No entanto, a Figura 4.59 mostra que as bacias de deformação média dos

trechos em corte e em aterro são bastantes próximas, o que é bom para a análise comparativa

dos resultados. Já o módulo de reação do subleito apresentou valores variando entre 366,9

MPa/m e 1859,0 MPa/m. Logo, pelo ensaio de viga Benkelman pode-se concluir que o

subleito analisado possui comportamento estrutural satisfatório apesar dos valores de desvio

padrão elevados.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225Distância (cm)

Des

loca

men

to (

x 0,

01 m

m)

AterroCorte

Figura 4.60 - Bacias de deslocamentos - ensaio sobre o subleito - curvas médias

103

A Tabela 4.16 mostra os resultados encontrados para as bases, sendo que os

ensaios foram realizados sobre a base já imprimada. Para a análise dos dados considerou-se a

média e o desvio padrão de todos os pontos sem delimitar uma faixa de variação e sem

calcular uma média final pelo fato de se ter um número limitado de pontos. Nas Figuras A.3 a

A.7, apresentadas no Apêndice A, tem-se as curvas médias e as curvas limites para cada tipo

de material da base. A Figura 4.61 apresenta as curvas médias para todos os materiais de base.

Tabela 4.16 - Resultados dos ensaios de viga Benkelman nas bases Estaca Material Do

( x 0,01 mm) R

(m) RDo

(m.mm) kVIGA

(MPa/m) 126 + 10 Solo-Brita 70,3 172,9 12152,8 796,7 127 + 10 98,4 172,9 17013,9 569,1 128 + 10 70,3 172,9 12152,8 796,7 129 + 10 96,4 155,6 15000,0 581,0

X 83,9 168,6 14145,5 685,9 s 15,7 8,7 - 128,1

145 + 10 Expurgo 52,2 311,2 16250,0 1072,5 146 + 10 70,3 259,4 18229,2 796,7 147 + 10 56,2 259,4 14583,3 995,9 148 + 10 54,2 311,2 16875,0 1032,8

X 58,2 285,3 16604,5 974,5 s 8,2 29,9 - 122,6

149 + 10 Solo Fino 54,2 311,2 16875,0 1032,8 150 + 10 84,3 259,4 21875,0 663,9 151 + 10 94,4 389,0 36718,8 593,3 152 + 10 70,3 311,2 21875,0 796,7 157 + 10 54,2 259,4 14062,5 1032,8 158 + 10 80,3 311,2 25000,0 697,1

X 73,0 306,9 22754,9 802,8 s 16,5 87,6 - 189,8

153 + 10 Solo-Cal 86,4 518,7 44791,7 648,5 154 + 10 82,3 311,2 25625,0 680,1 155 + 10 52,2 389,0 20312,5 1072,5 156 + 10 90,4 259,4 23437,5 619,7

X 77,8 369,6 28754,9 755,2 s 17,4 112,8 - 213,0

159 + 10 Solo Fino* 90,4 311,2 28125,0 619,7 160 + 10 84,3 311,2 26250,0 663,9 161 + 10 86,4 389,0 33593,8 648,5

X 87,0 337,1 29327,7 644,0 s 3,1 44,9 - 22,4

*existe uma camada de geotêxtil entre o subleito e a base

104

Quanto à deflexão Do, a base de expurgo apresentou menor valor e as demais

bases tiveram valores aproximados. O raio de curvatura das bases foi maior do que 100 m,

sendo que a base de solo brita obteve menor valor e a de solo-cal o maior. Os valores do

produto RDo foi superior a 5500 m.mm em todos os casos, sendo que a base de solo-brita

apresentou pior comportamento. Já as bases de solo cal e de solo fino com geotêxtil na

camada inferior (entre subleito e base) mostraram valores elevados. Quanto ao módulo de

reação, a base de expurgo mostrou maior valor e as demais bases apresentaram valores

semelhantes.

Pelas bacias de deslocamentos médias (Figura 4.61) observa-se que a base de

expurgo se destaca das demais, apresentando melhor comportamento. As demais bases

apresentam comportamento semelhante.

0102030405060708090

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225Distância (cm)

Des

loca

men

to (

x 0,

01 m

m)

Solo Brita ExpurgoSolo Fino Solo CalSolo Fino (geotêxtil inferior)

Figura 4.61 - Bacias de deslocamentos sobre as bases - curvas médias

105

As Figuras 4.62 a 4.64 apresentam os resultados dos parâmetros Do, R e kVIGA

ao longo da via para os materiais de subleito e base. Para as bases os subtrechos são

identificados para cada tipo de material: SB (solo-brita), EX (expurgo), SF (solo fino), SC

(solo-cal), S (solo fino com geotêxtil superior), I (solo fino com geotêxtil inferior) e E (base

de solo fino envelopada). Observa-se nessas figuras que os resultados obtidos para as bases

tendem a ser melhores que o do subleito.

SB EX SF SC S I E

020406080

100120140160

125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

Do

( x

0,01

mm

) SubleitoBase

Figura 4.62 - Valores de Do para os ensaios realizados sobre o subleito e a base ao longo do trecho

SB EX SF SC S I E

0

100

200

300

400

500

600

125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

R (m

)

SubleitoBase

Figura 4.63 - Valores de R para os ensaios realizados sobre o subleito e a base ao longo do trecho

106

SB EX SF SC S I E

200

700

1200

1700

2200

125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

k VIG

A(M

Pa/m

)SubleitoBase

Figura 4.64 - Valores de kVIGA para os ensaios realizados sobre o subleito e a base ao longo do trecho

A Tabela 4.17 e as Figuras A.8 a A.14 apresentam os resultados obtidos pelo

ensaio de viga logo após a execução do revestimento (ensaio 1). A Figura 4.65 mostra as

curvas médias das bacias de deslocamentos dos subtrechos.

0

20

40

60

80

100

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225Distância (cm)

Des

loca

men

to (

x 0,

01 m

m)

Solo Brita ExpurgoSolo Fino Solo CalSolo Fino (geotêxtil superior) Solo Fino (geotêxtil inferior)Solo Fino (envelopado)

Figura 4.65 - Bacias de deslocamentos - ensaio sobre revestimento (ensaio 1) - curvas médias

107

Tabela 4.17 - Resultados do ensaio de viga Benkelman no revestimento logo após a execução (ensaio 1)

Estaca Materiais de base

Do ( x 0,01mm)

R (m) RDo (m.mm) kVIGA (MPa/m)

126 + 10 Solo-Brita 58,2 311,2 22656,3 961,6 127 + 10 64,3 389,0 20000,0 871,4 128 + 10 70,3 259,4 18229,2 796,7 129 + 10 54,2 259,4 14062,5 1032,8

X 61,8 304,8 18836,6 915,6 s 7,1 61,3 - 103,2

145 + 10 Expurgo 62,3 389,0 24234,7 899,5 146 + 10 54,2 311,2 16867,0 1032,8 147 + 10 80,3 311,2 24989,1 697,1 148 + 10 58,2 311,2 18111,8 961,6

X 63,8 330,7 21098,7 897,8 s 11,5 38,9 - 144,4

149 + 10 Solo Fino 104,4 259,4 27081,4 536,3 150 + 10 94,4 259,4 24487,4 593,3 151 + 10 88,4 311,2 27510,1 633,8 152 + 10 90,4 194,5 17582,8 619,7

X 94,4 256,1 24175,8 595,8 s 7,1 47,8 - 43,1

153 + 10 Solo-Cal 62,3 259,4 16160,6 899,5 154 + 10 76,3 311,2 23744,6 733,8 155 + 10 82,3 311,2 25611,8 680,1 156 + 10 66,3 259,4 17198,2 845,0

X 71,8 285,3 20484,5 789,6 s 9,2 29,9 - 100,4

157 + 10 Solo Fino 80,3 389,0 31236,7 697,1 158 + 10 geotêxtil entre

base e revestimento

82,3 259,4 21348,6 680,1

X 81,3 324,2 26357,5 688,6 s 1,4 91,6 - 12,0

159 + 10 Solo Fino 74,3 259,4 19273,4 753,7 160 + 10 geotêxtil entre

subleito e base 78,3 311,2 24367,0 715,0

X 76,3 285,3 21768,4 734,4 s 2,8 36,6 - 27,4

161 + 10 Solo Fino envelopado

52,2 311,2 16244,6 1072,5

No ensaio realizado sobre o revestimento de tratamento superficial duplo com

espessura aproximada de 3 cm a deflexão Do variou entre 52,2 x 10-2 mm e 104,4 x 10-2mm.

108

O raio de curvatura (R) mostrou valores maiores que 100 m em todas as estacas, chegando ao

valor mínimo de 194,5 m e máximo de 389,0 m. O produto RDo apresentou valores

satisfatórios, variando de 14062,5 m.mm a 31236,7 m.mm. O módulo de reação variou entre

536,3 MPa/m e 1072,5 MPa/m. Desta forma, conclui-se que, por este ensaio, toda a estrutura

do pavimento apresenta bom desempenho, pois atende aos limites de R > 100 m e RDo >

5500 m.mm.

Apesar do número limitado de pontos, o ensaio de viga executado nesta etapa

permite uma melhor visualização da influência do material da base sobre o comportamento

estrutural do pavimento. Pelas bacias de deslocamentos médias apresentadas na Figura 4.64

observa-se que o subtrecho em base de solo fino envelopado, seguido dos subtrechos em solo-

brita e expurgo, apresentam os melhores comportamentos. Em seguida tem-se os subtrechos

em solo- cal, solo fino com geotêxtil entre subleito e base, solo fino com geotêxtil entre base e

revestimento e por último, o trecho em solo fino.

Para melhor entender o comportamento das estruturas de pavimento foi

realizada mais uma série de ensaios após o período de quatro meses de funcionamento da

rodovia, durante o início da estação chuvosa (dezembro de 1998). Até a data do ensaio a

estação climatológica da Universidade de Brasília (UnB) já havia registrado uma precipitação

acumulada de 322,3 mm. Os resultados dos ensaios de viga são apresentados na Tabela 4.18 e

nas Figuras A.15 a A.21. A Figura 4.66 mostra as bacias de deslocamentos médias para os

ensaios realizados sobre cada tipo de base.

Nesta nova etapa aumentou-se o número de pontos ensaiados objetivando

encontrar resultados mais representativos. Observa-se que, devido ao equilíbrio de umidade

com o tempo, os resultados em cada subtrecho se tornaram muito mais homogêneos

permitindo, assim, além do acompanhamento do desempenho, uma melhor comparação entre

os diferentes tipos de estruturas de pavimento executadas.

Tabela 4.18 - Resultados do ensaio de viga Benkelman no revestimento quatro meses após sua execução (ensaio 2)

Estaca Materiais de Do R (m) RDo kVIGA

109

base ( x 0,01 mm) (m.mm) (MPa/m) 126 Solo-Brita 52,2 311,2 16250,0 1072,5 126+5 78,3 311,2 24375,0 715,0 126+10 62,3 311,2 19375,0 899,5 126+15 70,3 311,2 21875,0 796,7 127 64,3 259,4 16666,7 871,4 127+5 74,3 311,2 23125,0 753,7 127+10 78,3 311,2 24375,0 715,0 127+15 78,3 389,0 30468,8 715,0 128 70,3 389,0 27343,8 796,7 128+5 80,3 259,4 20833,3 697,1 128+10 64,3 311,2 20000,0 871,4 128+15 74,3 311,2 23125,0 753,7 129 64,3 389,0 25000,0 871,4 129+5 70,3 259,04 18229,2 796,7 129+10 80,3 389,0 31250,0 697,1 129+15 68,3 311,2 21250,0 820,2 130 86,4 222,3 19196,4 648,5

X 71,6 315,1 - 793,6 s 8,5 50,0 - 102,9

X FINAL 72,0 311,2 22406,4 776,5 145 Expurgo 76,3 311,2 23750,0 733,8 145+5 88,4 259,4 22916,7 633,8 145+10 74,3 259,4 19270,8 753,7 145+15 90,4 259,4 23437,5 619,7 146 70,3 259,4 18229,2 796,7 146+5 92,4 311,2 28750,0 606,2 146+10 62,3 311,2 19375,0 899,5 146+15 84,3 259,4 21875,0 663,9 147 70,3 289,0 20316,7 796,7 147+5 84,3 311,2 26250,0 663,9 147+10 72,3 311,2 22500,0 774,6 147+15 98,4 311,2 30625,0 569,1 148 64,3 259,4 16666,7 871,4 148+5 86,4 259,4 22395,8 648,5 148+10 70,3 259,4 18229,2 796,7 148+15 94,4 311,2 29375,0 593,3 149 78,3 259,4 20315,5 715,0

X 79,9 282,5 - 713,9 s 10,9 25,8 - 99,1

X FINAL 79,9 262,4 20965,8 730,5

Continuação da Tabela 4.18

110

Estaca Materiais de base

Do ( x 0,01 mm)

R (m) RDo (m.mm)

kVIGA (MPa/m)

149+5 Solo Fino 90,4 259,4 23437,5 619,7 149+10 92,4 311,2 28750,0 606,2 149+15 84,3 259,4 21875,0 663,9 150 88,4 389,0 34315,0 633,8 150+5 82,3 311,2 25625,0 680,1 150+10 90,4 311,2 28125,0 619,7 150+15 92,4 311,2 28750,0 606,2 151 68,3 259,4 17708,3 820,2 151+5 94,4 311,2 29375,0 593,3 151+10 120,5 311,2 37500,0 464,8 151+15 90,4 259,4 23437,5 619,7 152 78,3 359,0 38109,7 715,0 152+5 86,4 222,3 19196,4 648,5 152+10 86,4 222,3 19196,4 648,5 152+15 88,4 311,2 27500,0 633,8 153 88,4 311,2 27500,0 633,8

X 88,9 295,0 - 638,0 s 10,6 45,2 - 71,6

X FINAL 86,8 293,9 25510,5 631,3 153+5 Solo-Cal 94,4 259,4 24479,2 53,3 153+10 112,5 259,4 29166,7 498,0 153+15 76,3 311,2 23750,0 733,8 154 82,3 259,4 21354,2 680,1 154+5 84,3 311,2 26250,0 663,9 154+10 60,2 222,3 13392,9 929,5 154+15 78,3 389,0 30468,8 715,0 155 72,3 311,2 22500,0 774,6 155+5 78,3 259,4 20312,5 715,0 155+10 66,3 259,4 17187,5 845,0 155+15 90,4 311,2 28125,0 619,7 156 76,3 222,3 16964,3 733,8 156+5 84,3 259,4 21875,0 663,9 156+10 96,4 311,2 30000,0 581,0 156+15 88,4 311,2 27500,0 663,8 157 74,3 311,2 23125,0 753,7

X 82,2 285,5 - 697,8 s 12,6 42,7 - 103,9

X FINAL 81,7 287,8 23513,3 701,6

Continuação da Tabela 4.18 Estaca Materiais de

base Do

( x 0,01 mm) R (m) RDo

(m.mm) kVIGA

(MPa/m)

111

157+5 Solo Fino 74,3 311,2 23125,0 753,7 157+10 com geotêxtil 106,4 222,3 23660,0 526,1 157+15 entre base e 80,3 259,4 20833,3 697,1 158 revestimento 68,3 311,2 21250,0 820,2 158+5 84,3 389,0 32812,5 663,9 158+10 74,3 311,2 23125,0 753,7 158+15 116,5 222,3 25892,9 480,8 159 84,3 311,2 26250,0 663,9

X 86,1 292,2 - 669,9 s 16,8 55,6 - 115,8

X FINAL 77,6 300,8 23342,1 706,5 159+5 Solo Fino 94,4 311,2 29375,0 593,3 159+10 com geotêxtil 92,4 259,4 23958,3 606,2 159+15 entre subleito 102,4 194,5 19921,9 546,8 160 e base 96,4 222,3 21428,6 581,0 160+5 84,3 311,2 26250,0 663,9 160+10 84,3 259,4 21875,0 663,9 160+15 94,4 259,4 24479,2 593,3 161 84,3 359,0 30263,7 663,9

X 91,6 272,1 - 614,0 s 6,7 52,9 - 44,7

X FINAL 90,1 270,5 24372,1 593,5 161+5 Solo Fino 102,4 194,5 19921,9 546,8 161+10 envelopado 98,4 311,2 30625,0 569,1 161+15 74,3 259,4 19270,8 753,7 162 102,4 259,4 26562,8 546,8 162+5 96,4 311,2 30000,0 581,0 162+10 96,4 311,2 30000,0 581,0 162+15 122,5 311,2 38125,0 457,1 163 82,3 311,2 25625,0 680,1

X 96,9 283,7 - 589,5 s 14,4 43,0 - 90,2

X FINAL 99,2 296,4 29402,9 564,9

Quando compara-se os resultados obtidos com os da etapa anterior para os

diferentes subtrechos, observa-se que os valores dos parâmetros analisados estão agora

bastantes próximos. Pode-se considerar a seguinte ordem crescente de qualidade: base de

solo-brita, expurgo, solo fino com geotêxtil entre base e revestimento, solo-cal, solo fino, solo

fino com geotêxtil entre subleito e base e finalmente base de solo fino envelopada.

Observa-se ainda que, de um modo geral, todas as bases apresentaram

comportamento pior durante o período chuvoso (após quatro meses de uso) quando

112

comparado com o término da construção. De qualquer modo considera-se prematuro a

elaboração de uma análise comparativa a respeito do comportamento dos diferentes tipos de

estruturas de pavimento executadas.

A Figura 4.66 apresenta as curvas médias das bacias de deformação tanto do

ensaio realizado logo após a execução (ensaio 1) como do ensaio realizado quatro meses

depois (ensaio 2), onde os tipos de bases são indicados pelas seguintes abreviações: SB - solo

brita, EX - expurgo, SF - solo fino, SC - solo cal, S - solo fino com geotêxtil superior (entre a

base e o revestimento), I - solo fino com geotêxtil inferior (entre subleito e base), E - solo fino

envelopado.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250Distância (cm)

Des

loca

men

to (x

0,0

1 m

m) SB(1)

EX(1)SF(1)SC (1)S (1)I (1)E (1)SB (2)EX(2)SF (2)SC (2)S (2)I (2)E(2)

Figura 4.66 - Bacias de deslocamentos - ensaios sobre o revestimento (ensaios 1 e 2) - curvas médias

Com base em todos os ensaios de viga realizados sobre o revestimento são

apresentadas nas Figuras 4.67 a 4.69 o comportamento de Do, R e kVIGA ao longo do trecho

experimental. Os tipos de bases são identificados por: SB (solo-brita), EX (expurgo), SF (solo

113

fino), SC (solo-cal), S (solo fino com geotêxtil superior), I (solo fino com geotêxtil inferior) e

E (base de solo fino envelopada).

SB EX SF SC S I E

20

40

60

80

100

120

140

125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

Do

( x 0

,01

mm

)

Revestimento (Ensaio 1) Revestimento (Ensaio 2)

Figura 4.67 - Valores de Do para os ensaios realizados sobre o revestimento ao longo do trecho

SB EX SF SC S I E

100150200250300350400450500

125 130 135 140 145 150 155 160 165

Estacas

R (m

)


Figura 4.68 - Valores de R para os ensaios realizados sobre o revestimento ao longo do trecho SB EX SF SC S I E

114

400500600700800900

100011001200

125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

k VIG

A(M

Pa/m

)


Figura 4.69 - Valores de kVIGA para os ensaios realizados sobre o revestimento ao longo do trecho

4.2.4 - Prova de carga sobre placa

O ensaio de placa foi realizado utilizando-se um sistema consistindo de uma

placa metálica com 25 cm de diâmetro e 2,54 cm de espessura, apoiada sobre a superfície

regularizada e nivelada da camada a ser ensaiada. Sobre a placa foi colocado um macaco e

sobre este uma célula de carga para medir a carga aplicada. Sobre a placa foram colocados

quatro deflectômetros diametralmente opostos, presos por meio de bases magnéticas a uma

viga metálica medindo 3 m de comprimento e apoiada fora da área de interferência do ensaio.

Como sistema de reação foi utilizado um caminhão carregado com 8,2 tf. A prova de carga

realizada foi a do tipo rápida com estágios de carregamento e descarregamento a cada 5

minutos. A Figura 4.70 ilustra o esquema da prova de carga.

Deve-se ressaltar que optou-se pela realização da prova de carga rápida por ser

problemático bloquear a rodovia durante uma período de tempo maior. Além disso, já foi

verificado em experiências anteriores que os resultados apresentados pelos ensaios do tipo

lento ou rápido não são muito diferentes quando se trata de solos compactados no ramo seco,

onde a maioria dos recalques se processa de modo imediato.

115

Figura 4.70 - Prova de carga realizada no pavimento

Como resultados do ensaio obtêm-se a curva de tensão x deslocamento e o

módulo de reação do ensaio de placa (kPLACA) definido pela Equação 4.10:

k PrPLACA

r= (4.10)

onde:

• Pr = pressão aplicada na placa necessária para produzir um determinado recalque (pressão

máxima adotada igual a 0,8 MPa);

• r = recalque.

Os parâmetros determinados pelos ensaios realizados no subleito são

apresentados na Tabela 4.19 e nas Figuras 4.72 a 4.75. Nos ensaios executados nas estacas

116

128, 144 + 10 e 152 foi realizada, através de uma cava superficial feita em volta da placa, a

saturação do subleito após a aplicação da carga máxima durante a fase de carregamento

(Figura 4.71). Posteriormente, após estabilização das deformações oriundas da saturação,

executou-se o descarregamento.

Figura 4.71 - Prova de carga realizada no subleito com inundação

Tabela 4.19 - Resultados das provas de carga sobre o subleito

Estaca Característica wnatural winundad

a Deslocamento máximo (mm) kPLACA

(%) (%) sem com (MPa/m)

117

inundação inundação 128 corte 14,5 19,2 0,98 1,14 831,5 144 aterro 16,0 23,1 1,46 2,87 558,1 148 aterro 10,5 - 0,67 - 1216,7 152 aterro 16,4 24,8 1,10 0,94 740,8 156 aterro 14,8 - 0,88 - 926,0 162 corte 13,0 - 1,40 - 582,1

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900Tensão (kPa)

Des

loca

men

to (m

m)

Estaca 128 Estaca 144 Estaca 148Estaca 152 Estaca 156 Estaca 162

Figura 4.72 - Curvas pressão x deslocamento do subleito

As curvas tensão x deslocamento do subleito são bastante lineares até as cargas

limites ensaiadas. Cabe destacar o grande recalque por inundação verificado na estaca 144 e a

expansão registrada para a estaca 152 em aterro.

As Figuras 4.73 a 4.75 apresentam o comportamento do subleito ao longo do

trecho quanto à umidade (w), deslocamento máximo e módulo de reação oriundo do ensaio de

placa (kPLACA).

118

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165

Estacas

w (%

)

umidade do ensaio umidade de compactação

Figura 4.73 - Características do subleito ao longo do trecho quanto à umidade

0,00,20,40,60,81,01,21,41,6

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

Des

loca

men

to m

áxim

o (m

m)

Figura 4.74 - Características do subleito ao longo do trecho quanto ao deslocamento máximo

para uma tensão de 0,8 MPa

0,0200,0400,0600,0800,0

1000,01200,01400,0

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

kPLA

CA

(MPa

/m)

Figura 4.75 - Características do subleito ao longo do trecho quanto ao módulo de reação

119

Na Tabela 4.20 e nas Figuras 4.76 a 4.79 são apresentados os resultados

obtidos nos ensaios de placa realizados sobre as bases. Nesta fase, devido ao processo

executivo, não foi possível ensaiar as camadas de base com geotêxtil. Na Figura 4.76 os

materiais de base identificados na legenda estão abreviados e possuem os seguintes

significados: SB - solo brita, EX - expurgo, SF - solo fino e SC - solo cal.

Tabela 4.20 - Resultado das provas de carga sobre as bases

Estaca Material w (%)

Deslocamento máximo (mm)

kPLACA (MPa/m)

127 + 10 Solo-Brita 3,5 1,15* 779,1 129 + 10 5,2 0,90 905,4 146 Expurgo 5,6 1,18 690,6 152 Solo Fino 20,7 2,66 306,4 158 19,1 2,46 331,3 155 + 10 Solo-Cal 19,8 1,17 696,5 156 21,3 2,78 293,1

*Neste caso foi aplicado um carregamento maior; para a mesma carga máxima dos demais ensaios a deformação foi de 1,07 mm.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900Tensão (kPa)

Des

loca

men

to (m

m)

Estaca 129 +10 (SB) Estaca 127 + 10 (SB)Estaca 156 (SC) Estaca 152 (SF)Estaca 146 (EX) Estaca 155 + 10 (SC)Estaca 158 (SF)

Figura 4.76 - Curvas tensão x deslocamento das bases

120

A base de expurgo mostrou resultado ligeiramente inferior aos da base de solo-

brita. A base de solo fino apresentou maiores deslocamentos chegando a atingir valores da

ordem de 2,66 mm, no caso em que o solo estava mais úmido. A base de solo-cal

acompanhou o comportamento da base de solo fino, sendo que no ensaio realizado na Estaca

155 + 10 observou-se comportamento bastante diferente, mas próximo dos obtidos para o

expurgo e o solo-brita. Uma das prováveis causas dessa diferença pode ser a eventual maior

concentração de cal neste ponto ou ausência no outro.

Observa-se que quanto maior é o deslocamento menor é o valor de módulo de

reação. A princípio as comparações foram realizadas levando-se em conta a rigidez de cada

estrutura. Ressalta-se, no entanto, que devem ser realizadas análises numéricas para a

determinação do módulo de deformação (E) de cada material, como conforme já comentado.

O comportamento dos materiais da base ao longo do trecho quanto à umidade,

deslocamento máximo e módulo de reação pode ser visualizado pelas Figuras 4.77 a 4.79,

onde: SB (solo-brita), EX (expurgo), SF (solo fino) e SC (solo-cal).

SB EX SF SC SF

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

w (%

)

umidade do ensaio umidade de compactação

Figura 4.77 - Características dos materiais da base ao longo do trecho quanto à umidade

SB EX SF SC SF

121

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

Des

loca

men

tom

áxim

o (m

m)

Figura 4.78 - Características dos materiais da base ao longo do trecho quanto ao deslocamento máximo

SB EX SF SC SF

0

200

400

600

800

1000

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

k PLA

CA

(MPa

/m)

Figura 4.79 - Características dos materiais da base ao longo do trecho quanto ao módulo de reação

Os resultados das provas de carga realizadas logo após a execução do

revestimento estão apresentados na Tabela 4.21 e na Figura 4.80. Estes resultados, devido a

melhor distribuição das tensões sobre a camada de base, forneceram valores relativos mais

coerentes com os materiais de base. Em princípio, parece estranho que os resultados de

122

kPLACA aqui obtidos sejam inferiores aos encontrados para os ensaios de placa realizados

diretamente sobre a camada de base (Tabela 4.20).

No entanto, observando-se os resultados obtidos para o subleito (Tabela 4.19)

constata-se que eles são superiores aos obtidos para a base. Com a realização do ensaio sobre

o revestimento fica minimizada a influência do subleito nos resultados das provas de carga.

Cabe destacar que os melhores resultados obtidos para o subleito se devem provavelmente ao

fato da rodovia ter sido recoberta com uma camada de cascalho na sua fase não pavimentada,

sendo esta camada preservada durante a pavimentação.

Observa-se que na Figura 4.80 os tipos de bases são indicados pelas seguintes

abreviações: SB - solo brita, EX - expurgo, SF - solo fino, SC - solo cal, S - solo fino com

geotêxtil superior (entre a base e o revestimento), I - solo fino com geotêxtil inferior (entre

subleito e base), E - solo fino envelopado.

Tabela 4.21 - Resultado das provas de carga sobre o revestimento (ensaio 1)

Estaca Material de base Deslocamento máximo (mm)

kPLACA (MPa/m)

127 + 10 solo-brita 1,43 569,8 129 + 10 solo-brita 1,79 455,2 146 expurgo 1,87 435,8 152 solo fino 2,89 282,0 155 + 10 solo-cal 2,00 407,4 158 solo fino com geotêxtil

entre base e revestimento 2,54 320,8

160 solo fino com geotêxtil entre subleito e base

1,89 431,2

162 solo fino envelopado 2,42 336,7

123

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Tensão (kPa)

Des

loca

men

to (m

m)

Estaca 127+10 (SB) Estaca 129+10 (SB)Estaca 146 (EX) Estaca 152 (SF)Estaca 155+10 (SC) Estaca 158 (S)Estaca 160 (I) Estaca 162(E)

Figura 4.80 - Curvas tensão x deslocamento do revestimento (ensaio 1)

No revestimento, as provas de carga mostraram valores com deformações

variando entre 1,43 e 2,89 mm. Observa-se que, conforme verificado no ensaio de viga

Benkelman (ensaio 1), nos subtrechos que possuem o mesmo material de base e geotêxtil

impregnado entre as camadas de base e revestimento (Estacas 158 e 162), as deformações são

maiores do que no trecho que possui geotêxtil apenas entre o subleito e a base (Estaca 160).

Estes valores, comparados com o resultado da prova de carga do revestimento sobre a base de

solo fino sem geotêxtil (Estaca 152), mostram que a colocação do geotêxtil impregnado em

qualquer posição provoca redução nas deformações. Esta redução foi mais significativa com o

geotêxtil colocado entre o subleito e a base.

No ensaio realizado no revestimento sobre a base de solo cal (Estaca 155 + 10)

observou-se valor de deformação menor do que o ensaio realizado no revestimento sobre a

base de solo fino (Estaca 152), mas, no entanto, superior ao da base de solo fino com geotêxtil

inferior (entre subleito e base). Quando comparado com as duas outras formas de utilização

124

do geotêxtil (envelopado e entre base e revestimento), o solo-cal apresentou melhor

comportamento.

Os ensaios realizados no revestimento sobre a base de solo-brita (Estacas 127

+ 10 e 129 + 10) e sobre a base de expurgo (Estaca 146) apresentaram resultados

semelhantes, sendo que na Estaca 146 foi observada a maior deformação. Mas mesmo assim,

as deformações encontradas são menores do que as determinadas nos revestimentos

executados sobre as bases de materiais mais finos. Com exceção do solo envelopado, os

comportamentos das diferentes estruturas de pavimento variam entre si de modo semelhante

ao registrado no ensaio de viga Benkelman.

Seguindo a mesma metodologia adotada para o ensaio de viga Benkelman foi

realizado outra série de ensaios de placa após quatro meses de funcionamento da rodovia. É

importante destacar que esta segunda etapa de ensaios foi realizada no início do período

chuvoso (precipitação acumulada de 322,2 mm). Os resultados são apresentados na Tabela

4.22 e na Figura 4.81.

Tabela 4.22 - Resultado das provas de carga sobre o revestimento (ensaio 2)

Estaca Material de base Deslocamento máximo (mm)

kPLACA (MPa/m)

127 + 10 solo-brita 1,02 798,9 146 expurgo 2,45 332,6 152 solo fino 2,85 285,9 155 + 10 solo-cal 2,27 359,0 158 solo fino com

geotêxtil entre base e revestimento

2,57 317,1

160 solo fino com geotêxtil entre subleito e base

2,64 308,7

162 solo fino envelopado 3,32 245,4

125

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900Tensão (kPa)

Des

loca

men

to (m

m)

Estaca 127+10 (SB) Estaca 146 (EX)Estaca 152 (SF) Estaca 155+10 (SC)Estaca 158 (S) Estaca 160 (I)Estaca 162 (E)

Figura 4.81 - Curvas tensão x deslocamento do revestimento (ensaio 2)

Nesta segunda etapa, observa-se que a faixa de variação das deformações

aumentou (1,02 a 3,32 mm). O ensaio realizado nas bases de solo-brita e solo-cal

apresentaram melhorias quando comparado com o ensaio realizado nas mesmas estacas logo

após a execução do revestimento. Na base de solo fino o comportamento se manteve enquanto

as bases de solo fino com geotêxtil e a base de expurgo pioraram seus comportamentos. Esse

fato também foi observado no ensaio de viga Benkelman (ensaio 2).

A Figura 4.82 mostra o comportamento da estrutura do pavimento quanto ao

ensaio de placa realizado sobre o revestimento logo após a construção (ensaio 1) e após

quatro meses de funcionamento da via (ensaio 2). Os tipos de base são identificados por: SB

(solo-brita), EX (expurgo), SF (solo fino), SC (solo-cal), S(base de solo fino com geotêxtil

superior), I (base de solo fio com geotêxtil inferior) e E (base de solo fino envelopada).

126

SB EX SF SC S I E

0,00,51,01,52,02,53,03,5

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

Des

loca

men

tom

áxim

o (m

m)

Ensaio 1Ensaio 2

(a)

SB EX SF SC S I E

0100200300400500600700800900

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165Estacas

k PLA

CA

(MPa

/m)

Ensaio 1Ensaio 2

(b)

Figura 4.82 - Características do pavimento ao longo do trecho: (a) quanto ao deslocamento

máximo; (b) quanto ao módulo de reação

127

4.2.5 - Pressiômetro

O pressiômetro utilizado no trecho experimental foi o da marca Roctest com

capacidade de 2500 kPa e é composto de uma unidade de controle, sonda cilíndrica, tubo para

a saturação do sistema e tubo de ligação entre a unidade e a sonda. A sonda tem 35 mm de

diâmetro e comprimento inflável de 230 mm. É importante salientar que o equipamento foi

previamente saturado e calibrado antes de iniciar a fase de ensaio.

No campo, a sonda é colocada dentro de um furo com diâmetro inferior a 1,03

vezes o seu diâmetro e na profundidade desejada, sendo que todos os cálculos têm como

referência o centro da parte expansiva. A cada variação de volume de 5 cm3 é feita a leitura da

pressão. O equipamento é de fácil manuseio e o ensaio é rápido. Com as curvas de pressão x

volume injetado definidas determina-se a pressão limite (PL) e o módulo de deformação (E).

A pressão limite é definida como a pressão necessária para duplicar o volume

inicial da cavidade. Logo (Equação 4.11):

(4.11) V vL o= +2 Vo

onde:

• VL = volume correspondente à pressão limite (PL);

• vo = volume correspondente ao início da fase pseudo-elástica do ensaio;

• Vo = volume inicial da sonda (192 cm3).

O módulo de deformação é calculado pela Equação 4.12:

( )( )

EV V P

xVo m=

+ +2 11000µ

(4.12)

onde:

• E = módulo de deformação em MPa;

• µ = coeficiente de Poisson, sendo considerado 0,33 para o solo natural e 0,45 para o solo

saturado;

• Vo = volume inicial da sonda em cm3;

128

• Vm = volume injetado no meio do trecho pseudo-elástico da curva em cm3;

• P = variação da pressão em kPa;

• V = variação do volume em cm3.

A Figura 4.83 mostra a realização do ensaio pressiométrico no campo. Durante

a realização dos ensaios no trecho experimental foram realizadas quatro calibrações no

equipamento, sendo as três primeiras quando se ensaiava o subleito e a última quando se

realizava ensaios nas bases. Os gráficos das correções de volume são apresentados nas

Figuras B.1 a B.4 no Apêndice B. De uma forma geral, observa-se que não ocorreram

diferenças significativas entre as curvas de calibração.

Figura 4.83 - Execução do ensaio pressiométrico no campo

129

Os resultados obtidos para o material de subleito são apresentados na Tabela

4.23 e as curvas da pressão aplicada x volume injetado são mostradas nas Figuras 4.84 a 4.86.

Para o subleito foram consideradas duas condições: uma para o material natural e outra para o

material saturado, através da adição de água ao furo antes da realização do ensaio. A

profundidade de ensaio é determinada em relação ao centro da parte expansiva da sonda.

Alguns ensaios foram executados com “looping”, ou seja, com carregamento,

descarregamento e recarregamento. Ao ser observado que com o aumento do volume injetado

não ocorria acréscimo de pressão, realizou-se o descarregamento e posterior recarregamento.

O módulo de deformação encontrado é então dividido em duas categorias distintas: Ep que

corresponde ao módulo pressiométrico propriamente dito, encontrado na fase de

carregamento e o Er que corresponde ao módulo de deformação do trecho de recompressão

determinado nos ensaios, onde foi realizado o descarregamento e recarregamento.

Tabela 4.23 - Resultados do ensaio pressiométrico no subleito Estaca Tipo de

material Furo Profundidade

(cm) Condição Ep

(MPa) Er

(MPa) PL

(kPa) 128 corte 1 11,5 Natural 32,8 - 2150

1 41,5 Natural 51,4 - 2500 2 13,5 Natural 15,1 30,3 - 3 11,5 Saturado 16,2 23,4 -

144 aterro 4 16,5 Natural 22,5 - 1875 4 44,5 Natural 24,3 - 1600 5 14,5 Natural 20,5 70,9 - 6 14,5 Saturado 12,4 30,6 -

148 aterro 7 13,5 Natural 25,2 - 2500 7 31,5 Natural 67,0 - - 8 15,5 Natural 15,3 15,4 - 9 16,5 Saturado 3,5 6,9 -

152 aterro 10 13,5 Natural 6,4 - 2125 10 31,5 Natural 8,5 - 1550 11 34,5 Natural 16,4 44,3 - 12 12,5 Saturado 7,5 11,3 -

156 aterro 13 12,5 Natural 47,0 - 2300 13 37,5 Natural 41,2 - 2500 14 28,5 Natural 36,2 62,9 - 15 11,5 Saturado 1,8 -

162 corte 16 20,5 Natural 25,1 - 1750 16 41,5 Natural 22,7 - 1875 17 17,5 Saturado 7,2 - 1600 18 11,5 Saturado 8,2 15,4 - 19 31,5 Natural 34,8 43,3 -

130

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

0 20 40 60 80 100 120 140Volume Injetado (cm3)

Pres

são

(kPa

)

Estaca 128-corte Estaca 144-aterroEstaca 148-aterro Estaca 152-aterroEstaca 156-aterro Estaca 162-corte

Figura 4.84 - Ensaios pressiométricos no subleito natural a uma profundidade pequena (11,5 a

20,5 cm)

0

200

400

600

800

1000

1200

0 20 40 60 80 100 120 140Volume Injetado (cm3)

Pres

são

(kPa

)


Figura 4.85 - Ensaios pressiométricos no subleito saturado a uma profundidade pequena (11,5

a 17,5 cm)

131

0250500750

1000125015001750200022502500

0 20 40 60 80 100 120

Volume Injetado (cm3)

Pres

são

(kPa

)


Figura 4.86 - Ensaios pressiométricos no subleito natural a uma profundidade maior (31,5 a

44,5 cm)

Observa-se que os valores dos módulos Ep aumentaram com a profundidade

com exceção das Estacas 156 e 162. Em todos os casos os módulos Er apresentaram valores

superiores aos módulos Ep. Nos ensaios realizados com saturação verifica-se uma brusca

redução nos módulos em relação aos obtidos para o solo na umidade “in situ”. No caso da

estaca 152, que durante o ensaio de placa com inundação apresentou expansão, observa-se

que, para profundidades pequenas e próximas, o valor de Ep do material natural (6,4 MPa) é

menor que o valor de Ep para o material saturado (7,5 MPa). Este fato pode ser explicado pelo

aumento do confinamento do solo que pode ocorrer se a expansão do solo não tiver sido

completada antes do início do ensaio.

A Tabela 4.24 e a Figura 4.87 apresentam os resultados obtidos pelos ensaios

pressiométricos realizados nas bases.

132

Tabela 4.24 - Resultados dos ensaios pressiométricos nas bases Estaca Material Profundidade

(cm) Umidade

(%) Ep

(MPa) Er

(MPa) PL

(kPa) 146 Expurgo 11,5 13,6 30,0 74,9 2200 152 Solo Fino 11,5 19,3 25,6 53,1 2000 156 Solo-Cal 11,5 18,4 22,2 45,3 2000 158 Solo Fino 11,5 20,6 27,4 51,1 1900

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Volume Injetado (cm3)

Pres

são

(kPa

)

Estaca 146 - Expurgo Estaca 152 - Solo finoEstaca 156 - Solo cal Estaca 158 - Solo fino

Figura 4.87 - Ensaios pressiométricos nas bases

Os materiais utilizados na base apresentaram, na maior parte dos casos,

módulos e pressões limites não muito distintos dos obtidos para o subleito. Quanto mais

próximo o valor da umidade dos materiais compactados estava do valor definido para a

umidade ótima, maior foi o valor de Ep, Er e PL obtidos.

É esperado que com o tempo a base de solo cal venha a apresentar melhor

característica de resistência. Pelas curvas observa-se que a base de solo cal apresentou

módulos e pressão limite inferiores aos do solo fino. Este fato pode ser explicado pela

diferença de umidade, sendo que a umidade da base de solo fino (20,6%) está mais próxima

da ótima (23,7%) do que a de solo cal (18,4%) em relação à sua umidade ótima (23,2%).

133

Já o expurgo apresentou-se compactado numa umidade acima da ótima (8,3%).

Mesmo mostrando valores de Ep, Er e PL maiores do que os outros materiais, se o ensaio fosse

realizado sobre o material compactado mais próximo da umidade ótima provavelmente obter-

se-ia melhores resultados. Observa-se que não foram realizados ensaios pressiométricos na

base de solo-brita devido a dificuldade na execução do furo sobre este material compactado.

4.3 - CORRELAÇÕES OBTIDAS ENTRE OS PARÂMETROS DOS ENSAIOS DE

CAMPO

Tentou-se verificar a possibilidade de existência de correlações entre os

parâmetros dos ensaios de campo realizados. Estas análises foram feitas somente para os

materiais de subleito, pois neles foram realizados maior número de ensaios. Os resultados da

base de solo fino estão apenas indicados nas figuras, mas não fazem parte das correlações. O

objetivo de tais correlações é poder avaliar a possibilidade de substituir ensaios mais

trabalhosos e caros, como o ensaio de placa, por ensaios mais rápidos, como o ensaio

pressiométrico.

Tentou-se correlacionar os resultados dos ensaios de CBR “in situ”,

pressiométrico, prova de carga e viga Benkelman. O CBR “in situ” não apresentou

correlações com nenhum dos ensaios de campo realizados. Já os ensaio de prova de carga e

viga Benkelman apresentaram boas correlações quando comparados com o ensaio

pressiométrico. Os resultados são apresentados nas Figuras 4.88 a 4.91 e nas Equações 4.13 a

4.16.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 20 40 60 8Ep (MPa)

k PLA

CA (M

Pa/m

)

0

SubleitoBase

134

Figura 4.88 - Correlação entre Ep e kPLACA

0200400600800

10001200140016001800

0 10 20 30 40 50 60 70Ep (MPa)

k VIG

A (M

Pa/m

)

SubleitoBase

Figura 4.89 - Correlação entre Ep e kVIGA

200

400

600

800

1000

1200

1400

1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75PL (MPa)

k PL

AC

A (M

Pa/m

)

SubleitoBase

Figura 4.90 - Correlação entre PL e kPLACA

135

0200400600800

10001200140016001800

1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75PL (MPa)

k VIG

A (M

Pa/m

)

SubleitoBase

Figura 4.91 - Correlação entre PL e kVIGA

As Equações 4.13 a 4.16 apresentam as correlações obtidas entre os

parâmetros determinados pelos ensaios de campo:

(4.13) k E E

RVIGA p p= − +

=

0 39 11 79 786 11

0 84

2

2

, ,

,

,

,

e

(4.14) k E E

RPLACA p p= − +

=

0 33 15 96 832 77

0 89

2

2

, ,

,

(4.15) k P P

RVIGA L L= − +

=

3379 5 13198 13401

0 85

2

2

,

,

(4.16) k

RPLACA

PL=

=

177 510 82

0 70

2

,,

,

onde:

• kVIGA = módulo de reação do ensaio de viga Benkelman (MPa/m);

• kPLACA = módulo de reação do ensaio de placa (MPa/m);

• Ep = módulo de deformação pressiométrico (MPa);

• PL = pressão limite (MPa).

136

Observou-se que para o caso de PL comparado com kVIGA, a correlação

apresenta melhor resultado para valores de pressão limite maior que 2 MPa. Pode-se concluir

que o ensaio pressiométrico se correlaciona bem com os demais ensaios de campo, mas

ressalta-se que devido à anisotropia de comportamento que ocorre nos solos compactados,

principalmente no ramo úmido da curva de compactação, o ensaio pressiométrico deve, por

enquanto, ser visto apenas como um ensaio complementar. Este ensaio permite avaliar o

comportamento na direção horizontal, enquanto os demais ensaios o fazem na direção

vertical.

137

CAPÍTULO 5

5. ORÇAMENTO DAS ESTRUTURAS DO PAVIMENTO

É necessário ter conhecimento do custo dos materiais utilizados como base

visando analisar a sua viabilidade econômica, pois não basta eles terem comportamento

satisfatório se o processo executivo e o custo não são adequados à realidade. Nas Tabelas C.1

a C.7 no Apêndice C são apresentadas as composições de cada tipo de material, baseando-se

em dados fornecidos pelo DER-DF. A Tabela 5.1 apresenta a síntese do custo final de cada

um deles, sendo que os valores em reais foram transformados para dólares segundo a cotação

do dia 31 de dezembro de 1998 fornecida pelo Banco Central (US$ 1,00 = R$ 1,20).

Tabela 5.1 - Custo final das bases

Tipo de Base Custo (R$/m3) Custo (US$/m3)Solo-brita (4:1) 48,53 40,44

Expurgo 5,16 4,30

Solo Fino 7,97 6,64

Solo-cal (2%) 14,24 11,87

Solo fino com geotêxtil entre base e revestimento

27,24 22,70

Solo fino com geotêxtil entre subleito e base

28,32 23,60

Solo fino envelopado 47,44 39,53

Comparando-se os custos dos materiais utilizados verifica-se que as bases de

solo-brita e de solo fino envelopado apresentaram valores elevados. A base de expurgo teve o

menor valor, sendo que o custo do material foi relacionado apenas ao frete de transporte, já

que este ainda não é comercializado e não possui um preço de mercado. A base de solo fino

também apresentou custo baixo, sendo que a incorporação de 2% de cal praticamente dobrou

138

o seu valor, no entanto, manteve-se como alternativa de custo bem inferior ao do solo-brita e

de solo fino com geotêxtil. Já as bases com geotêxtil entre base-revestimento e entre subleito-

base apresentaram valores semelhantes, no entanto, menores que a base de solo-brita. O

envelopamento do solo fino com geotêxtil eleva o custo em relação ao solo-brita.

Em geral, uma base tradicionalmente executada no Distrito Federal é composta

de cascalho, cujo custo mínimo sem considerar distância de transporte é de 8,00 R$/m3 (6,67

US$/m3). Para uma distância de até 5 km o preço do transporte é fixado em 2,71 R$/m3 (2,26

US$/m3). Para distâncias maiores este valor aumenta 0,28 R$/m3/km (0,23 US$/m3/km). Se a

jazida de cascalho estiver localizada numa distância da obra superior a 19 km, o seu custo

aproximado é de 14,63 R$/m3 (12,19 US$/m3), viabilizando o uso da base de solo fino

incorporada com 2% de cal. Observa-se ainda que existe dificuldade de encontrar jazidas de

cascalho disponíveis para exploração.

Segundo Nogami & Villibor (1995) um pavimento de baixo custo deve ter

cerca de 15 a 20% do custo das bases tradicionais. Quando utiliza a base de solo-brita como

tradicional, novamente as bases de expurgo e de solo fino atendem ao critério de pavimento

econômico.

139

CAPÍTULO 6

6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS

6.1 - CONCLUSÕES

Com base nos estudos realizados tem-se que a substituição dos materiais

convencionais normalmente utilizados na construção da estrutura de pavimentos por materiais

alternativos em rodovias de baixo volume de tráfego do Distrito Federal pode, em certos

casos, apresentar vantagens. Por exemplo, na rodovia DF-205 Oeste o uso do expurgo de

pedreira como base teria sido economicamente bastante vantajoso para um desempenho, em

princípio, semelhante ao solo-brita utilizado. No entanto, ressalta-se que o desempenho e a

durabilidade do trecho experimental estudado devem ser analisados ao longo do tempo,

considerando variações climáticas e de tráfego para obter-se conclusões definitivas.

Através de ensaios de laboratório realizados tem-se que os materiais do

subleito e solo fino utilizado na base possuem características de granulometria e plasticidade

semelhantes. O solo fino natural apresentou agregações consideradas na sua maioria estáveis

em presença de água. Tal estabilidade foi também verificada nas agregações geradas pela

compactação. As amostras de solo fino compactadas no ramo úmido (umidade ótima mais

2%) apresentaram maior teor de finos que as compactadas na umidade ótima e na umidade

ótima menos 2%. Observou-se também que ao aumentar a energia de compactação o teor de

finos variou pouco. Assim, é possível concluir que a variação da umidade interfere mais no

processo de desestruturação do que a energia de compactação.

O CBR e o CBR máximo do solo fino dependem do peso específico aparente

seco e da umidade de compactação. O mais importante, no entanto, é a constatação de que o

CBR máximo desses solos está relacionado com a inclinação do ramo úmido da curva de

compactação.

140

A incorporação de 2% de cal ao solo fino analisado provocou redução na

plasticidade e aumento no valor de CBR, sendo importante destacar que tanto a umidade

ótima como o peso específico aparente seco máximo não se comportam em relação ao teor de

cal como indicado na literatura.

Já a mistura solo-brita e o expurgo de pedreira possuem características de

compactação semelhantes, mas CBR e teor de finos diferentes. O expurgo apresentou menor

CBR e menor teor de finos.

Pela metodologia MCT o solo fino foi classificado como LG’, estando

localizado no ábaco na fronteira com LA’. Tentou-se obter correlações entre parâmetros dessa

metodologia e propriedades tradicionais usando esse solo fino e demais solos lateríticos

estudados no Distrito Federal. De uma forma geral, observa-se que os solos da região não se

comportam como outros solos apresentados na literatura.

A grande variabilidade verificada nos ensaios de campo mostra a necessidade

de trabalhar com um maior número de ensaios visando obter resultados médios mais

representativos.

No campo, o material de subleito foi compactado na energia Proctor normal e

em sua maior parte no ramo seco, mas mesmo assim poucos pontos não obedeceram o limite

para o grau de compactação. Esse material apresentou ainda valores de CBR de campo

maiores que os de laboratório. Observou-se que a base de solo fino, compactada na energia

Proctor intermediário com elevado valor de grau de compactação, pode apresentar CBR de

campo melhor que materiais granulares (solo-brita e expurgo) com graus de compactação

menores. No caso de materiais que foram misturados no campo (solo-cal e solo-brita) podem

existir diferenças nos resultados dos ensaios de campo devido à possíveis falhas no processo

de homogeneização.

Os ensaios de viga Benkelman realizados diretamente sobre o subleito e sobre

as bases apresentaram maior variação nos resultados do que os realizados sobre o

revestimento já executado. O subleito apresentou comportamento satisfatório. No ensaio de

viga Benkelman realizado logo após a execução do revestimento tem-se que o subtrecho com

base de solo fino envelopada, seguido das bases de solo-brita e expurgo apresentaram melhor

comportamento. Logo depois tem-se as bases de solo-cal, solo fino com geotêxtil entre

141

subleito e base e solo fino com geotêxtil entre base e revestimento. Por último, tem-se o

trecho com base de solo fino. Com os ensaios realizados após quatro meses de funcionamento

da via observou-se que o comportamento do trecho experimental piorou, ocorrendo aumento

nos deslocamentos medidos e diminuição na rigidez.

Nas provas de carga sobre placa realizadas no subleito observou-se numa

estaca um grande aumento no deslocamento com a inundação e a existência de material

expansivo em outra. Os ensaios sobre as bases apresentaram valores de deslocamento maiores

que o subleito. Já com os ensaios realizados sobre o revestimento, os resultados foram mais

coerentes devido à melhor distribuição de tensões. Com exceção do solo fino envelopado, o

comportamento das diferentes estruturas do pavimento variaram de forma semelhante ao

ensaio de viga Benkelman.

É importante ressaltar que uma melhor análise deve ser realizada utilizando-se

ferramentas numéricas para determinar as relações de módulos de deformação (E) entre as

camadas. Com a realização de novos ensaios de campo tornar-se-á possível avaliar a variação

dessas relações, permitindo-se concluir sobre o comportamento dos materiais utilizados, sem

basear somente na condição de rigidez da estrutura do pavimento como um todo.

Através dos ensaios pressiométricos realizados no subleito observou-se que, na

maioria dos casos, o módulo de deformação Ep aumentou com a profundidade. Com a

saturação os módulos diminuíram bruscamente e em todos os casos o módulo de deformação

Er foi maior que o módulo Ep. Para as bases o expurgo apresentou melhores resultados,

enquanto o solo-cal e solo fino tiveram valores semelhantes e menores.

Para o material de subleito foram determinadas correlações razoáveis entre os resultados do

ensaio pressiométrico com viga Benkelman e prova de carga. O objetivo de tais correlações é o de substituir

ensaios de campo mais trabalhosos e de custo elevado por ensaios mais simples e rápidos, mas neste caso o

ensaio pressiométrico deve, por enquanto, ser usado apenas como complemento.

Quanto ao custo das bases utilizadas, observou-se que as bases de expurgo e de

solo fino apresentaram os menores valores, ficando inferior ao preço de uma base de cascalho

tradicionalmente utilizada no Distrito Federal. A incorporação de cal à base de solo fino

dobrou o seu custo e as bases com geotêxtil entre base-revestimento e subleito-base

apresentaram valores intermediários e semelhantes. Já as bases de solo-brita e de solo fino

envelopada apresentaram custo elevado.

142

Do ponto de vista executivo, considera-se viável a execução dos diferentes

tipos de base desde que sejam estabelecidas as rotinas apropriadas.

6.2 - SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS

Para a análise final do comportamento da estrutura do pavimento executado

nesse trecho experimental é importante que seja feito um acompanhamento periódico da

rodovia. Só assim, considerando-se as variações climáticas e de tráfego, torna-se possível

concluir sobre a avaliação estrutural e a durabilidade. Para tanto é necessária a realização de

ensaios de campo em certos intervalos de tempo.

Com os parâmetros encontrados através dos ensaios de campo pode-se, através

de análise numérica, analisar o comportamento das estruturas de pavimento em função dos

módulos de deformação (E) das camadas. Com a extração de amostras indeformadas seria

possível determinar o módulo resiliente dos materiais através de ensaios triaxiais cíclicos.

Além disso, considera-se importante a realização de ensaios de laboratório

para definir melhor o comportamento do solo fino da região. O conhecimento das

características de outros solos lateríticos regionais também ajudaria na tentativa de

correlações entre propriedades tradicionais e parâmetros da metodologia MCT. A

determinação da sucção dos materiais utilizados na base poderia auxiliar nas conclusões sobre

os ensaios e comportamento das estruturas de pavimento.

143

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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