2.4 COMPACTAÇÃO DOS SOLOS
2.4.6 Dimensionamento do Pavimento
Conforme apresentado por Zica (2010) apud Benucci et al (2006), o pavimento pode ser definido como uma estrutura de múltiplas camadas com espessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplenagem. Vargas (1977) define que o pavimento é composto por uma base, sendo uma camada de material compactado que é revestida por um pavimento asfáltico e uma sub-base, que tem origem imediatamente antes da base que é também de material compactado, podendo ser do próprio local ou trazido de um empréstimo, como
apresentado na figura 12.
Figura 12 - Seção Esquemática Transversal de um Pavimento Rodoviário Flexível
Fonte: Manual de Pavimentação do DNIT (2006)
2.4.6.1 Estrutura do Pavimento
Como mencionado, a estruturação do pavimento está ligada a sistemas de camadas assentadas sobre uma fundação chamada de sub-leito, com o intuito de distribuir e absorver as tensões provenientes do carregamento aplicado (ZICA, 2010). De acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (2006), os pavimentos podem ser classificados em:
Rígido: São os pavimentos onde a camada de revestimento tem uma rigidez maior em relação às camadas inferiores e, portanto, absorve praticamente todas as forças provenientes dos carregamentos, como é o caso de pavimentos constituídos por lajes de concreto de cimento Portland.
Semi-Rígido: É caracterizado por uma base ou sub-base estabilizada por materiais com propriedades cimentícias, ou seja, um pavimento caracterizado por uma deformabilidade maior que o rígido e menor que o flexível.
Flexível: É aquele em que todas as camadas sofrem deformações elásticas significativa em razão do carregamento aplicado, constituídos de base, sub-base e reforço do subleito.
2.4.6.2 Método de Dimensionamento do Pavimento Flexível - Método do DNER
De acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (2006), o método de dimensionamento tem como base trabalhos desenvolvidos pelo Corpo de Engenheiros do Exército do E.E.U.U, além de conclusões obtidas na pista experimental na AASHTO. O método define que a capacidade de suporte do subleito é obtida através dos valores de CBR. Os limites estabelecidos pelo Manual em função das camadas do pavimento podem ser melhor compreendidos no quadro 8.
Quadro 8 - Especificações para Camadas do Pavimento Flexível - Manual de Pavimentação
Expansão Índice de Suporte (CBR) índice de Grupo (IG) Limite de Liquidez (LL) Índice de Plasticidade (IP) Base ≤ 0,5 % ≥ 80 % - ≤ 25 % ≤ 6 % Sub-base ≤ 1 % ≥ 20 % 0 - - Reforço do Subleito ≤ 1 % ≥ Subleito - - - subleito ≤ 2 % ≥ 2 % - - - Regularização - - - - -
Fonte: Adaptado do Manual de Pavimentação do DNIT (2006)
Normativas como DNIT 108/2009-ES - terraplenagem, DNIT 139/2010-ES - sub-base e DNIT 141/2010-ES - base, apresentam valores semelhantes aos especificados no Quadro 8, podendo ser averiguados no Quadro 9.
Quadro 9 - Especificações para Camadas do Pavimento Flexível - Normativas
Expansão Índice de Suporte (CBR) índice de Grupo (IG) Limite de Liquidez (LL) Índice de Plasticidade (IP) Base ≤ 0,5% ≥ 60% ou ≥ 80% - ≤ 25% ≤ 6% Sub-base < 1% ≥ 20% 0 - - Corpo de Aterro ≤ 4% ≥ 2% - - - Camada Final ≤ 2% ≥ 6% - - -
Fonte: Adaptado de DNIT 108/2009 - ES, DNIT 139/2010 - ES e DNIT 141/2010 - ES
Em casos de solos onde o LL e IP utilizados na base forem superiores aos valores limites, o material pode ser utilizado desde que o equivalente de areia seja superior a 30% e sejam satisfeitas as demais condições (DNIT, 2006).
granulométricas dispostas no quadro 10.
Quadro 10 - Granulometria para Base Granular - Porcentagem (%) Passante
PENEIRAS A B C D Tolerância 2'' (50 mm) 100 100 - - ± 7 1'' (25 mm) - 75-90 100 100 ± 7 3/8'' (9,5 mm) 30-65 40--75 50-85 60-100 ± 7 Nº 4 (4,75 mm) 25-55 30-60 35-65 50-85 ± 5 Nº 10 (2,0 mm) 15-40 20-45 25-50 40-70 ± 5 Nº 40 (0,42 mm) 8-20 15-30 15-30 25-45 ± 2 Nº 200 (0,075 mm) 2-8 5-15 5-15 10-25 ± 2
Fonte: Adaptado do Manual de Pavimentação do DNIT (2006)
O pavimento deve ser dimensionado em função do número equivalente (N) de operações de um eixo tomado como padrão (eixo simples com carga de 8,2 t), durante o período de projeto escolhido. O número equivalente do eixo-padrão (N) deve ser multiplicado por um coeficiente (FR) relativo a um fator climático regional, atualmente adotado como sendo 1,0 (DNIT, 2006). Além do fator climático, deve ser também multiplicado o volume total de veículos em um determinado período (Vt) e o fator de veículo (Fv), sendo este o número que converte todos os tipos de veículos em eixos padrões (ZICA, 2010).
Para o dimensionamento do pavimento, faz-se necessária a definição de um coeficiente de equivalência estrutural, tratando-se de um número que relaciona a espessura necessária da camada a ser construída com a espessura equivalente de uma camada com o mesmo comportamento estrutural e construída com o material padrão (ZICA, 2010). Os valores do coeficiente de equivalência podem ser verificados no quadro 11.
Quadro 11 - Coeficiente de Equivalência Estrutural
Fonte: Manual de Pavimentação do DNIT (2006)
Com os parâmetros do dimensionamento definidos, o processo segue para a determinação das espessuras da base, sub-base e reforço. Isso pode ser realizado conjuntamente com a análise gráfica da figura 13 e as inequações apresentadas abaixo:
(2.8) RKR + BKB ≥ H20
(2.9) RKR + BKB +h20Ks ≥ Hn
(2.10) RKR + BKB +h20Ks +hnKREF ≥ Hm
onde:
H20 - Espessura de pavimento sobre a sub-base; h20 - Espessura da sub-base;
Hm - Espessura total, necessária para proteger um material com ISC = m; Hn - Espessura da camada de pavimento com ISC = n;
B - Espessura da Base;
R - Espessura do Revestimento; KR - Coeficiente do Revestimento; KB - Coeficiente da Base;
KS - Coeficiente da Sub-base; KREF - Coeficiente do Reforço.
Figura 13 - Ábaco para Dimensionamento da Espessura das Camadas
Fonte: Manual de Pavimentação do DNIT (2006)
A espessura mínima do revestimento é definida pelo quadro 12, com valores propostos pelo DNIT (2006) visando especialmente pavimentos com bases de comportamento puramente granular.
Quadro 12 - Espessura Mínima de Revestimento Betuminoso
N Espessura Mínima de Revestimento Betuminoso
N ≤ 106 Tratamentos superficiais betuminosos
106 ≤ N ≤ 5x106 Revestimentos betuminosos com 5,0 cm de espessura
5x106 < N ≤ 107 Concreto betuminoso com 7,5 cm de espessura
107< N ≤ 5x107 Concreto betuminoso com 10,0 cm de espessura
N > 5x107 Concreto betuminoso com 12,5 cm de espessura
3 METODOLOGIA
O estudo de energias de compactação para solos utilizados em aterros rodoviários se deu a partir de um comparativo entre resultados de ensaios laboratoriais usando energias padronizadas. A fim obter dados representativos para distintas classes de solos, optou-se pela investigação de três amostras de material, sendo preferencialmente uma amostra de solo com classificação boa de utilização em aterros rodoviários e um com características ruins de suporte, utilizando os critérios estabelecidos pela classificação TRB dos materiais. Isso porque, como apresentado anteriormente, a variação da textura, coesão, mineralogia e plasticidade dos diversos tipos de solos podem influenciar no processo de compactação, fazendo-se necessária uma análise em três tipos de solo para verificar se a utilização de diferentes energias de compactação interferem em seu comportamento, realizando um levantamento comparativo entre as três amostras estudadas. Os ensaios realizados em laboratório para as três amostras foram:
a. Massa específica dos solos; b. Análise Granulométrica;
c. Limites de Consistência (Limites de Atterberg);
d. Compactação dos solos (Proctor Normal e Proctor Intermediário) para todas as amostras;
e. Compactação do solo na Energia Proctor Modificada para a amostra que se apresenta mais expansiva;
f. Índice de Suporte Califórnia nas energias Proctor Normal e Proctor Intermediário para todas as amostras;
g. Índice de Suporte Califórnia na Energia Proctor Modificado para a amostra que se apresenta mais expansiva.
Os três primeiros ensaios foram necessários a criar uma base de pesquisa, auxiliando a estimar o comportamento dos solos e orientar a investigação necessária à adequada análise do programa experimental. Para a classificação do material, optou-se pelos métodos da Classificação Unificada e a metodologia do TRB, sendo esta última utilizada como base para solos utilizados em aterros rodoviários, conforme especificado pelo Manual de Pavimentação do DNIT (2006).
Com a correta identificação dos tipos de solos analisados, procedeu-se para os processos relativos ao ensaio de compactação. Obtidas as curvas de compactação para as energias Proctor Normal, Intermediário e Modificado, alcançaram-se os valores de umidades ótimas e em seguida realizaram-se os
ensaios CBR. Os ensaios foram feitos conforme os métodos apresentados nos itens 2.4 e 2.4.5, de modo que as amostras foram ensaiadas no cilindro de compactação grande, nas 3 amostras estudadas.
A organização da metodologia de pesquisa do presente trabalho pode ser melhor compreendida a partir do fluxograma 1 abaixo:
Fluxograma 1 - Metodologia de Ensaio
Fonte: O autor (2019)
Por meio dos resultados, avaliou-se o comportamento do solo com relação aos novos limites estabelecidos pela atualização normativa, através de um estudo comparativo entre a norma anterior e atualizada, além de uma análise do custo- benefício que os novos limites podem trazer ao aterro através de um plano de custos realizado pela tabela SICRO (Sistema de Custos Referenciais de Obras) do DNIT.