Classificação genética do solo

As classificações genéticas, comumente utilizadas em Geologia de Engenharia, são ferramentas de grande utilidade, pois ajudam a interpretar a Distribuição e o comportamento de solos de uma determinada área (ABGE, 1998).

Buscando considerar a heterogeneidade dos solos mineiros na escolha da amostra utilizou-se a classificação geológica em conjunto com a classificação pedológica dos solos. Desta forma, o comportamento dos solos das áreas, nas quais as rodovias foram pavimentadas, foi contemplado na seleção do segmento para análise como estudo de caso. Os segmentos do PROACESSO cuja liberação ao tráfego se deu antes de julho de 2007 foram localizados nos Mapas da Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerias (CETEC/MG) Geologia (Mapa 0) e Solos (Mapa 3) de 1982 e as classificações genéticas das áreas onde se localizam as rodovias foram tabuladas conforme Tabela 3.3 para avaliação.

Visando priorizar a heterogeneidade em função da análise dos registros dos mapas de Geologia e de Solos da CETEC/MG (1982) foram escolhidos segmentos em regiões de planejamento diversas, como destacado em negrito na Tabela 3.3, de maneira a contemplar a diversidade dos solos de Minas Gerais na seleção.

56 Tabela 3.3 - 6º Critério de Seleção do Estudo de Caso – Classificação Genética dos Solos

Pedologia Geologia

1 Capela Nova Capela Nova-Entr.BR040 01ª - Central LVd3 P gn

2 Presidente Kubitschek Presidente Kubitschek-Entr.BR259 01ª - Central AR2 P b

3 Desterro Melo Desterro Melo-Entr.BR040 02ª - Zona Mata LVd3 P gn

4 Lamim Catas Altas Noruega-Lamim 02ª - Zona Mata LVd3 P gn

5 Luisburgo Luisburgo-Entr.BR262 02ª - Zona Mata LHd2 P sch

6 Senhora Oliveira Lamim-Senhora Oliveira 02ª - Zona Mata LVd3 P gn

7 Dom Viçoso Dom Viçoso-Entr.MG347 03ª - Sul Minas Ca5 P svg

8 Grupiara Estrela Sul-Grupiara 05ª - Alto Paranaíba PE15 P gn

9 Patis Patis-Entr.BR135 08ª - Norte Minas TSe1 P b

10 Santo Antônio Retiro Mato Verde-Santo Antônio Retiro 08ª - Norte Minas LVa2 P m

11 Cachoeira Pajeú Cachoeira Pajeú-Entr.BR116 09ª - Jequitinhonha/Mucuri PE4 Qd

12 Caraí Caraí-Entr.BR116(Catuji) 09ª - Jequitinhonha/Mucuri LVd14 P gn

13 Ladainha Ladainha-Poté 09ª - Jequitinhonha/Mucuri LVd9 P sch

14 Ouro Verde Minas Frei Gaspar-Ouro Verde Minas 09ª - Jequitinhonha/Mucuri LVd3 P sch

15 Goiabeira Goiabeira-Entr.BR259 10ª - Rio Doce PE9 P sch

16 Marilac Marilac-Entr.BR116 10ª - Rio Doce PE9 P gn

17 Pocrane Pocrane-Entr.Ipanema 10ª - Rio Doce PE9 P sch

18 São Domingos Dores Entr.BR116(Inhapim)-São Domingos Dores 10ª - Rio Doce LVd3 P sch

19 São Geraldo Piedade São Geraldo Piedade-Entr.BR259 10ª - Rio Doce PE9 P gn

20 São Sebastião Anta São Domingos Dores-São Sebastião Anta 10ª - Rio Doce LVd3 P sch

Diretriz

Classificação Genética

Trecho Município Região de Planejamento

3.1.7 Vida útil do pavimento estimada em projeto

A vida útil do pavimento estimada em projeto foi utilizada como critério eliminatório na escolha do segmento teste com o objetivo de dar prioridade aos segmentos, selecionados através dos critérios descritos anteriormente e que tiveram a vida útil estimada no projeto de 6 anos como preconiza a RT 01.46c.

Dos trechos classificados até o 6º critério de seleção apenas 5 (cinco) foram projetados com vida útil de 6 (seis)anos como pode-se verificar na Tabela 3.4:

Tabela 3.4 - Resultado do 7º Critério de Seleção – Vida útil estimada em projeto

3.1.8 Volume médio diário anual VMDAT considerado no projeto

De acordo com a definição da RT 01.46c, rodovias de baixo volume de tráfego são aquelas cujo VMDAT é menor ou igual a 300 veículos/dia no final da vida útil de projeto como relatado no Capítulo 2.

Com o objetivo de escolher segmentos com a característica de RBVT adotada no trabalho foi dada prioridade aos trechos com VMDAT ao final da vida útil estimada em projeto em torno de 300 veículos, sendo selecionados os acessos aos seguintes municípios: • Cachoeira do Pajeú, na região de planejamento dos vales do Jequitinhonha e

Mucuri,

• Grupiara, na região de planejamento do Alto Paraíba, • Luisburgo, na região da Zona da Mata.

1 Luisburgo 02ª - Zona Mata 15,2 369 308,0 6

2 Grupiara 05ª - Alto Paranaíba 32,3 224 553,0 6

3 Santo Antônio Retiro 08ª - Norte Minas 36,0 164 677,0 6

4 Cachoeira Pajeú 09ª - Jequitinhonha/Mucuri 14,1 293 720,0 6

5 São Domingos Dores 10ª - Rio Doce 13,9 940 292,0 6

Trecho Município VMD (Final da Vida Útil) Região de Planejamento Período de Projeto (anos) Extensão no Proacesso (Km) Distância BH Fonte: DER/MG

3.1.9 Logística para execução da pesquisa caracterizada pela distância do segmento em análise à Belo Horizonte

O último critério utilizado para classificar os segmentos selecionados pelos demais filtros descritos anteriormente foi a logística para execução da coleta de dados e realização dos ensaios de campo, fator que foi avaliado através da distância do segmento selecionado a Belo Horizonte, onde se localiza a sede do DER/MG.

A aplicação deste critério de seleção conduziu à escolha do acesso ao município de Luisburgo como segmento teste da presente dissertação, uma vez que o mesmo localiza-se a 308,0km da capital mineira.

3.1.10 Trecho selecionado

Após as seleções sucessivas aplicando todos os critérios anteriormente descritos foi selecionado o trecho Luisburgo/Ponte do Silva da rodovia LMG 838, com extensão de 15,2 km, localizado no sudeste do Estado de Minas Gerais na Região de Planejamento da Zona da Mata Mineira a 308,0km de Belo Horizonte.

Nessa área o solo é classificado quanto a pedologia como Latossolo Húmico Distrófico (LHd2) textura argilosa fase floresta subperenifólia relevo forte ondulado e quanto a geologia é classificado como Associação Charmockítica (P sch) charmockitos, granulitos, anfibolitos, dionitos, gabros, piroxenitos e migmatitos.

O segmento selecionado é caracterizado por ser um acesso local ao município de Luisburgo, cuja principal atividade econômica é a cafeicultura. O segmento selecionado apresentou VMDAT de 369 veículos no final dos 6 anos de vida útil considerados no projeto representando um número N igual a 1,17E+05.

A rodovia LMG 838, a qual pertence o segmento selecionado como estudo de caso da dissertação encontra-se sob jurisdição da 29ª CRG do DER/MG, com sede no município de Manhumirim, como se pode verificar na figura 3.4, e as principais características técnicas deste trecho de rodovia são apresentadas na Tabela 3.5. O trecho selecionado teve sua a pavimentação concluída em Abril de 2006 e imediata abertura ao tráfego.

Figura 3.4 - Mapa de localização do segmento escolhido como estudo caso Fonte: DER/MG

Tabela 3.5 - Características técnicas do segmento Luisburgo - Ponte do Silva da LMG 838

Fonte: ERG Engenharia, Revisão de Projeto de Engenharia Rodoviária de Melhoramento e Pavimentação , Lote 6, Rodovia Municipal, Trecho Luisburgo-Manhuaçu, sub-trecho Luisburgo_ Ponte do Silva, Volumes 2 e 3, 2005.

Características operacionais

Classe da rodovia Ligação

Velocidade Diretriz 60 km/h

Característica topográfica da região Montanhosa

Características da seção tranversal

Largura da semi-pista de rolamento 3,70m

Largura do dispositivo de drenagem 0,60m

Largura total da plataforma 8,60m

Largura total da faixa de domínio 30,0m

Características do traçado em perfil

Declividade longitudinal máxima 12%

Declividade longitudinal mínima 0%

Extensão total 15.236,40m

Características do traçado em planta

Raio mínimo de curvatura horizontal 50,0m

Número total de curvas horizontais 108

Média de número de curvas por quilômetro 7,09

Curvas 68,4%

Tangentes 32,6%

Projeto de pavimentação

Revestimento TSD

Base ( estabilizada granulometricamente com mistura de 90% de saibro com 10% de argila)

20,0cm Índice Suporte Califórnia mínimo considerado para o subleito 19%

3.1.11 Coleta de dados, ensaios de campo e de laboratório

Uma vez escolhido o segmento do estudo de caso, passou-se à coleta de dados, aos ensaios de campo e de laboratório visando avaliar a vida útil remanescente do trecho Luisburgo-Ponte Silva da rodovia de ligação LMG -838.

Considerando que já havia se passado 27 meses da abertura ao tráfego e a expectativa de projeto é de 6 anos (72 meses), após o estudo e a análise da Revisão de Projeto de Engenharia Rodoviária de Melhoramento e Pavimentação do sub-trecho Luisburgo-Ponte do Silva (2005) e visando a avaliação estrutural do pavimento foram desenvolvidas as seguintes ações:

• Inventário da superfície do pavimento,

• Prova de carga através do ensaio de deflectometria com viga Benkelman, • Contagem de tráfego volumétrica e classificatória

• Análise do histórico das obras;

• Ensaios de laboratório: caracterização, compactação, Índice Suporte Califórnia, módulo resiliente e deformação permanete;

• Investigação das espessuras das camadas com GPR; • Definição dos segmentos homogêneos;

• Avaliação estrutural através da retroanálise com RETRAN5L;

• Determinação da vida útil remanescente através da tensão máxima admissível no topo do subleito;

Passa-se a descrever resumidamente cada um destes itens.

3.1.11.1 Inventário da superfície do pavimento

Para a avaliação da superfície do pavimento foi realizada demarcação da superfície segundo o item 6.2 da norma DNIT 006/2003 – PRO.

Feita a demarcação do segmento foi executado o inventário de superfície através de caminhada a pé em toda extensão com registro das ocorrências de defeitos nas fichas de modelo igual à apresentada na Figura 3.5.

A ficha utilizada representa o pavimento em planta coberta por uma malha quadriculada, representando as semi-pistas esquerda e direita, sendo a dimensão da quadrícula na direção vertical igual a 2,5 m e na direção horizontal igual a 0,5m.

Nas fichas foi feito o registro das ocorrências dos defeitos identificados através da cor atribuída na legenda, bem como a localização espacial dos mesmos na superfície do pavimento. O procedimento adotado no inventário de superfície do estudo extrapola a avaliação por amostragem, preconizada no item 6.4 da norma DNIT 006/2003 – PRO, que indica o inventário apenas na área demarcada como superfície de avaliação constituída por 6,0m de comprimento (3,0m avante e 3,0m a ré de cada estaca) pela largura da pista de rolamento.

Fez-se a opção por levantar os defeitos em toda superfície do pavimento e também localizá-los, com o objetivo de alcançar um nível de precisão que em escritório pudesse ser aproveitado para estimar o IGG, mas que ao mesmo tempo permitisse análises,visto ser esta uma pesquisa que visa avaliar a adequação dos métodos atuais de avaliação quando aplicados a RBVTs bem como propor alternativas de análise.Visou-se possibilitar uma análise detalhada das condições superficiais do pavimento em conjunto com os demais parâmetros avaliados no estudo.

O inventário feito em toda área do pavimento também possibilitou a realização de uma análise crítica sob a ótica de uma RBVT quanto a este indicador da condição funcional do pavimento e dos procedimentos indicados na norma para o seu cálculo, o que será discutido no próximo capítulo.

A análise das fichas do inventário de superfície, com a caracterização e localização dos defeitos também auxiliou na orientação da definição dos segmentos homogêneos utilizados na avaliação estrutural.

Além do inventário de superfície foi feita a medida da flecha nas trilhas de roda interna e externa a cada 20m alternados em relação ao eixo, usando a treliça padrão da norma DNIT 006/2003.

3.1.11.2 Prova de carga através do ensaio de deflectometria com viga Benkelman Foi adotado na avaliação estrutural o ensaio de deflectometria com viga Benkelman conforme preconiza a norma ME DNER 024/94 e a determinação da linha de influência da bacia de deformação conforme ME DNER 061/94.

Nos ensaios foram utilizadas duas vigas Benkelman para medida das deflexões aferidas no laboratório do DER/MG segundo a norma DNER-PRO 175/94, sendo ambas de propriedade do DER/MG, uma de nº patrimonial 40.254 e relação entre os braços de 1:4 e outra de número patrimonial nº 32.411 e relação entre os braços de 1:2.

As deflexões foram medidas de 40,0 em 40,0 m em cada semi-pista, nas trilhas de roda interna (TRI) e externa (TRE), fornecendo as deflexões em cada estação de ensaio da pista a cada 20,0m alternadamente em cada semi-pista. As linhas de influência das bacias de deformação foram levantadas em ambas as trilhas de roda de 200,0 em 200,0m em cada semi-pista, fornecendo as linhas de influência a cada 100,0 alternadamente. A decisão de se medir as deflexões e as linhas de influência nas TRI e TRE decorre do histórico de deflexões bem mais elevadas nas TREs em rodovias com a seção tipo de pavimentação apresentada, conforme dados registrados no Laboratório do DER/MG.

O caminhão do DER/MG utilizado no ensaio é de uso exclusivo para levantamentos deflectométricos e foi devidamente tarado, conforme extrato da balança da pedreira na qual foi carregada a caçamba de brita e também foram conferidos e aferidos os pneus e a pressão de enchimento dos mesmos antes do início dos trabalhos a fim de se garantir a conformidade dos ensaios com os preceitos normativos.

A equipe que realizou os ensaios executa esse tipo procedimento rotineiramente para o DER/MG e foi composta por três laboratoristas e dois auxiliares de laboratório, além de contar com a supervisão de dois engenheiros. Na figura 3.6 (a), (b) e (c) estão ilustrados os procedimentos dos levantamentos realizados nos ensaios de deflectometria e do levantamento da linha de influência da bacia de deformação realizada por equipe do DER/MG. Após a realização dos ensaios de campo e os registros das medidas de deflexão nas TRI e TRE e das linhas de influência da bacia de deformação foram tabulados numa planilha eletrônica. A tabulação dos dados permitiu que fossem gerados gráficos com as

deflexões máximas e com os raios de curvatura ao longo do estaqueamento levantado, que também são apresentados no próximo capítulo.

Figura 3.6 - Ilustração dos levantamentos de campo com viga Benkelman e treliça no trecho deste estudo (a) e (b) Medida de deflexões nas trilhas de roda e registro da leitura do extensômetro

(c) e (d) Medida da linha de influência da bacia de deformação e da flecha na trilha de roda

3.1.11.3 Contagem de tráfego volumétrica e classificatória

A fim de se avaliar o carregamento atuante na rodovia em análise e de também aferir sua projeção ao longo da vida útil de projeto, foi realizada contagem volumétrica e classificatória dos veículos que trafegavam pelo segmento analisado em conformidade com o que preconiza no item 4.1.1.da RT-01.46c do DER/MG.

A contagem de tráfego foi realizada por uma equipe do Núcleo de Engenharia de Tráfego do DER/MG que definiu um único posto de contagem localizado no km 5,0 do acesso, no qual se procedeu a contagem durante três dias consecutivos em conformidade que estabelece a letra “a” do item 4.1.1.2 da RT-01.46c.

Os quadros utilizados para tabulação da contagem volumétrica e classificatória são apresentados no ANEXO D.

3.1.11.4 Análise do histórico da obra

A análise do histórico da obra foi realizada na sede da Coordenadoria do DER/MG com jurisdição sobre o segmento em estudo, onde se encontram os registros dos controles tecnológicos realizados durante a execução dos serviços, juntamente com as medições parciais e medição final, nas quais se encontram registrados os quantitativos e a localização dos serviços realizados.

Soma-se ao acervo citado o Projeto Executivo de Engenharia do referido trecho e os relatos dos Engenheiros Marcelo dos Santos Rodrigues e Luiz Carlos Minarrine que foram responsáveis pela fiscalização das obras e que, no momento da coleta de dados para esta dissertação, eram também responsáveis pela manutenção do trecho.

Esta investigação permitiu identificar as fontes dos materiais utilizados, as características físicas e mecânicas dos mesmos e as variações que ocorreram durante a obra em relação ao que foi previsto no projeto.

A análise do histórico da obra e o apoio dos Engenheiros que foram responsáveis pela fiscalização permitiram o reconhecimento em campo das fontes de materiais, de maneira que foram precisamente localizadas e vistoriadas. Também permitiu que fosse realizada a coleta de amostra dos materiais a pá, picareta e a trado para a realização de ensaios de

laboratório. Os procedimentos de coleta de amostra são representados pela figura 3.7, (a) a (d).

Foram coletados 2000kg de amostras englobando materiais utilizados na pavimentação e subleito. Todas as amostras foram devidamente acondicionados em sacos plásticos de 50kg com as respectivas identificações. As coletas se deram em duas etapas: uma 1ª na qual foram coletados 1200kg e uma 2ª na qual foram coletados mais 800kg de material. Todas as amostras foram transportadas para o laboratório da sede do DER/MG em Belo Horizonte onde foram catalogadas e armazenadas até a realização dos ensaios. Posteriormente 600kg dessas amostras foram transportados para o Laboratório de Geotecnica da COPPE/UFRJ no Rio de Janeiro a fim de que fossem realizados ensaios triaxial dinâmico para determinação

(a) e (b) Jazida utilizada na camada de base do pavimento estudado e coleta do material para ensaio de laboratório

(c) e (d) Coleta de material na borda para estudo do subleito e material de corte utilizado em mistura de material utilizado na base

3.1.11.5 Ensaios de laboratório

Como o objetivo da pesquisa foi realizar a avaliação estrutural priorizando métodos não destrutivos, a análise do histórico da obra, complementada pelos ensaios de laboratório, constituíram-se em elementos fundamentais da pesquisa.

Foram realizados ensaios de caracterização no laboratório do DER/MG, tendo sido as amostras preparadas segundo a norma DNER ME 041/94. Para caracterização dos materiais foram realizados ensaios de granulometria por peneiramento realizado segundo o método DNER ME 080/94 e determinação dos limites de Plasticidade e de Liquidez, conforme os métodos DNER ME 082/94 e DNER ME 122/94.

Além dos ensaios de caracterização foram realizados no laboratório do DER/MG ensaios de compactação segundo o método DNER ME 129/94; ensaios para determinação da expansão dos solos conforme o método DNER ME 029/94 e para determinação do CBR segundo o método DNER ME 049/94.

Os estudos realizados no DER/MG com os materiais que compuseram a base, tiveram o objetivo de reproduzir a mistura de solos utilizada e para tanto, foi necessária a realização de dosagens tentativas até que se chegasse numa mistura com granulometria e índices de Attemberg compatíveis com os identificados nos controles tecnológicos da obra. O subleito foi caracterizado através dos materiais de empréstimos utilizados em locais onde foi realizada a substituição do material existente com qualidade inferior à preconizada pelo projeto executivo e também através de amostras coletadas nas bordas da rodovia.

No Laboratório de Geotecnia da COPPE foram realizados quatro ensaios triaxiais dinâmicos para determinação do módulo de resiliência, sendo um com a mistura de utilizada na base e três com materiais utilizados no reforço do subleito e oito ensaios triaxiais dinâmicos para determinação do acúmulo de deformações permanentes segundo Guimarães (2009).

Visando a verificação das espessuras das camadas da estrutura a ser analisada e também a definição dos segmentos homogêneos utilizou-se o levantamento através do Ground Penetrating Radar (GPR).

Os equipamentos GPR operam pela transmissão de ondas eletromagnéticas de curta freqüência e foram desenvolvidos para a detecção e localização de estruturas e artefatos enterrados. Na avaliação de pavimentos utilizam-se antenas adaptadas a um veículo e os pulsos eletromagnéticos emitidos se refletem, permitindo a identificação da interface de camadas da estrutura constituída de materiais diferentes através do tempo e da amplitude da onda refletida em função da localização e das propriedades eletromagnéticas dos materiais que constituem o pavimento (Ceratti e Gonçalves, 1998).

O equipamento utilizado foi fabricado nos Estados Unidos da América pela Geophysical Survey System, Inc.. Possui antena tipo chifre com contato com o ar e freqüência de onda de 1 GHz com alcance de até 1,5 m de profundidade. É de propriedade da Strata Engenharia que operou e interpretou os resultados.

O radar foi adaptado num veículo tipo furgão, equipado com hodômetro eletrônico e computador portátil com programa computacional do fabricante para registro do mapeamento do pavimento, permitindo um registro a cada metro com a velocidade de operação que não implica em obstrução da via investigada, sendo a capacidade de armazenamento de até 25 km levantados em cada arquivo. O levantamento realizado no estudo se deu numa velocidade média de 35km/h com a antena com a freqüência de onda de 1GHz.

Como não se conheciam as propriedades elétricas dos materiais do pavimento foi feita a calibração do radar para o levantamento através de furos de sondagem do pavimento conforme ilustrado na figura 3.8 de maneira que foram determinadas as constantes dielétricas dos materiais e as espessuras identificadas nos furos, as quais foram adotadas no